Co to jest częstotliwość oscylacji: ciekawe fakty i często zadawane pytania

Czy nasza wizja może ich dosięgnąć, czy nie, oscylacje pojawiają się wszędzie wokół nas. W tym poście przyjrzymy się, czym jest częstotliwość drgań, jak obliczyć częstotliwość drgań i jednostki częstotliwości drgań.

Częstotliwość drgań to termin fizyczny opisujący, ile drgań miało miejsce w jednostce czasu w układzie oscylacyjnym, takim jak wahadło, układ masy sprężynowej lub układ elektroniczny.

Zanim przejdziemy do tego, czym jest częstotliwość oscylacji, najpierw zdefiniujmy oscylację.

Oscylacja:

Oscylacja to powtarzająca się zmiana amplitudy lub położenia wokół centralnego punktu lub równowagi, z czasem podążającym tą samą ścieżką.

Pojedyncza oscylacja to całkowity ruch przez pewien okres czasu, który może być w górę iw dół lub z boku na bok. Jeden cykl oscylacji to inna nazwa. Czas potrzebny do zakończenia jednej oscylacji to okres czasu oscylacji. Każda oscylacja jest ruchem okresowym, ale nie wszystkie ruchy okresowe są oscylacjami. Przykładami oscylacji są ruch sprężyn z masą, ruch wahadłowy, wibracja instrumentów smyczkowych itp.  

Częstotliwość oscylacji:

Częstotliwość oscylacji to liczba oscylacji powtarzających się w jednostce czasu, tj. jedna sekunda. Uwzględnienie odwrotności czasu zajętego przez oscylację da częstotliwość oscylacji.

fudHMVq2rk5NSKFOlUsnNZDF3Qre7F3pO5RFRfAHEmK0So1a06Q9osPZ31urheNyN4ejXIhPL VpHt4uW QFzDigXEeYtTv50Sv9OAwwvrP2LfzVS1mJJ3mfWL kI271nyddfzTJ

fQfxZlgnktcw9aWsz43ai2d1orxjqOVCZA

Aby zrozumieć częstotliwość drgań, rozważmy prosty przykład gitary. Grając na gitarze szarpiesz strunę gitary. Ponieważ ruch struny gitary jest powtarzalny dla znacznych cykli, uważa się go za oscylację. Czas wykonania jednego kolejnego cyklu, jaki zajmuje struna, jest taki sam. Tak więc, jeśli weźmiemy odwrotność tego, otrzymamy częstotliwość drgań struny gitary. Załóżmy, że ukończenie jednego cyklu zajmuje 0.2 sekundy, a liczba drgań w ciągu jednej sekundy wynosi pięć, co jest częstotliwością oscylujących strun gitarowych.

Spójrzmy teraz na częstotliwość jednostek oscylacji.

Częstotliwość jednostek oscylacji:

Jednostką SI dla okresu oscylacji jest sekunda (s). Ponieważ odwrotność okresu oscylacji określa jego częstotliwość, jej jednostką jest odwrotność jednostki okresu czasu, czyli s-1.

Wiele nazw jednostek zostało zainspirowanych naukowcami, którzy pracowali nad badaniami jednostki. Heinrich Hertz, niemiecki fizyk, wniósł znaczący wkład w pole promieniowania elektromagnetycznego. W rezultacie, Hertz jest również uważany za jednostkę częstotliwości w układzie SI na cześć tego słynnego naukowca. Ponieważ Hertz reprezentuje cykle na sekundę, możemy powiedzieć, że

1 herc = jeden cykl na sekundę.

Tak więc s i Hertz są częstotliwością jednostek oscylacji, które są używane jako jednostki częstotliwości SI, ale herc jest częściej używany.

Po przejrzeniu tego, co to jest częstotliwość oscylacji i jednostki oscylacji częstotliwości, możesz się zastanawiać, jak obliczyć częstotliwość oscylacji. Zobaczmy więc, jak obliczyć częstotliwość drgań.

Jak obliczyć częstotliwość drgań?

Częstotliwość drgań można obliczyć na dwa sposoby:

  • Matematyczny 
  • Eksperymentalny

⇒ Matematyczny sposób na obliczyć częstotliwość drgań:

Aby obliczyć częstotliwość oscylacji, musimy wykorzystać wzory na okres i częstotliwość. Wzory na obliczanie częstotliwości oscylacji różnią się w zależności od systemu.

✦ Częstotliwość drgań układu mas sprężynowych:

Jak pokazano na rysunku, do końca sprężyny przymocowana jest masa m. Sprężyna będzie oscylować w górę iw dół pod wpływem ciężaru masy. Jeśli więc k jest stałą sprężyny, to częstotliwość oscylacji dana jest wzorem:

8w NcR4aLAzF Ap68RManYvsw6kuoH YNZGW5Mat swLCv35bXlUhgK2 ffY3txmRJ0rxC0 Non eY5J7tBmCwE4c2VU DzU3yi01vR8Zp2DWrGmS25EAe8ZrUv3YBYNOZ1mNDRg

✦ Częstotliwość drgań wahadła prostego:

W prostym wahadle masa m jest przymocowana do końca sznurka. W ten sposób, ze względu na masę, struna będzie oscylować w przód iw tył. Dlatego jeśli L jest długością struny, częstotliwość proste wahadło jest dany przez:

Można więc powiedzieć, że w przypadku wahadła prostego częstotliwość drgań nie jest zależna od masy przyczepionego obiektu.

✦ Częstotliwość oscylacji wahadło złożone lub fizyczne:

Wahadło fizyczne lub złożone jest tworzone przez zawieszenie sztywnego korpusu na nieruchomej osi poziomej. Ponieważ w grę wchodzi ciało sztywne, jego moment bezwładności również zadziała. Zatem częstotliwość wahadła złożonego jest dana wzorem:

dwe6CDr7JR5f9vHsklDMclA29DnpuxjJo4eXD3DzaGeqO6SJ8tdeUZL2vUZBKTKRvcS5 Y4qbwxXC633S4vBqUscMQXeYK hNbMmLy6 lZ sgc6zB0GYWE4BSmzsVk70eedPf6pc

✦ Częstotliwość oscylacji wahadła skrętnego:

Gdy masa przypominająca dysk jest zawieszona na drucie lub cienkim pręcie zamiast sztywnego korpusu, system jest znany jako wahadło skrętne. W rezultacie częstotliwość drgań wahadła skrętnego wynosi:

ucRqBWgSho1w9EQIPzNN BuJ 5l DuPdUq0iYYgQMzrCczwSbD2h edFvDSKWS1kQpiMRn5T5hLItKHTerqx704VWsNTF4 Kdcm B iT6x4Tg39xm0ORfwjou YCiPSK92Weqwq6

⇒ Eksperymentalny sposób obliczania częstotliwości drgań:

Obliczenia częstotliwości drgań dla wahadła lub układu masy sprężynowej są prawie identyczne. Główna różnica polega na tym, że stałą sprężyny k należy obliczyć dla układu masy sprężyny. Metoda jest następująca:

  • W systemie mas sprężynowych, aby obliczyć stałą sprężyny, zawieś masę na sprężynie, a sprężyna zacznie oscylować. Teraz pozwól masie przejść do stanu nieruchomego, w którym grawitacja siła masy i sprężyny siła będzie zrównoważona. Następnie dodanie masy do sprężyny spowoduje rozciągnięcie, więc zanotuj tę zmianę rozciągnięcia sprężyny.

 Δmg-kΔy = 0

Zatem stała sprężystości k wynosi:

xJ MltUTOKTsJQK3gg4 9q4Km8AAlMMLaCItWyT wqtD4Zbl0 R6gCfd5MyHS aebioNwTLWaQPiGh7jZn9nQZD80XV3T 2sPztMshv0gf5d6YCTS2Zc2RT5vfSXTTcIrT3VPQAM

  Tutaj Δy jest zmianą odcinka wiosennego.

  • Poruszaj teraz sprężyną lub wahadłem. Następnie dla każdej masy śledź czas dziesięciu oscylacji. Aby uzyskać dokładną odpowiedź, powtórz tę metodę trzy razy. Średnia z trzech czasów zostanie użyta do określenia okresu. Weź odwrotność tego, a otrzymasz częstotliwość.

Mamy nadzieję, że ten artykuł odpowiedział na Twoje pytania dotyczące częstotliwości oscylacji, jednostek częstotliwości oscylacji i sposobu obliczania oscylacji.

Przeczytaj także:

Zostaw komentarz