Akár a látásunk eléri őket, akár nem, oszcillációk mindenhol előfordulnak körülöttünk. Tehát ebben a bejegyzésben megvizsgáljuk, mi az oszcillációs frekvencia, hogyan kell kiszámítani az oszcillációs frekvenciát és az oszcillációs frekvencia egységeit.
A rezgések frekvenciája egy fizikai kifejezés, amely leírja, hogy hány rezgés történt időegység alatt egy rezgőrendszerben, például egy ingában, rugós tömegrendszerben vagy elektronikus rendszerben.
Mielőtt rátérnénk arra, hogy mi az oszcillációs frekvencia, először definiáljuk az oszcillációt.
Rezgés:
Az oszcilláció az amplitúdó vagy pozíció ismétlődő változása egy központi pont vagy egyensúly körül, miközben az idő ugyanazt az utat követi.
Egyetlen oszcilláció egy teljes mozgás egy bizonyos ideig, amely lehet fel és le vagy oldalról a másikra. Az egyik rezgésciklus egy másik neve ennek. Az egy rezgés befejezéséhez szükséges idő az oszcilláció időtartama. Minden rezgés periodikus mozgás, de nem minden periodikus mozgás oszcilláció. Lengésre példa a rugómozgás tömeggel, az ingamozgás, a vonós hangszerek rezgése stb.
Oszcillációs frekvencia:
Az oszcillációs frekvencia az egységnyi idő alatt, azaz egy másodpercben ismétlődő rezgések száma. Az oszcilláció által felvett idő reciprokát véve megadjuk az oszcilláció frekvenciáját.
Az oszcillációs frekvencia megértéséhez vegyünk egy egyszerű példát a gitárra. Gitározás közben megpengeted a gitár húrját. Mivel a gitárhúr mozgása jelentős ciklusokon keresztül ismétlődik, ez rezgésnek minősül. Egy egymást követő ciklus befejezéséhez a karakterlánc által felvett idő ugyanaz. Így, ha ennek reciprokát vesszük, megkapjuk a gitárhúr rezgésének frekvenciáját. Tegyük fel, hogy egy ciklus befejezése 0.2 másodpercet vesz igénybe, akkor az egy másodperc alatti rezgések száma öt, ami a rezgő gitárhúrok frekvenciája.
Nézzük most az oszcillációs egységek frekvenciáját.
Az oszcillációs egységek frekvenciája:
A rezgési időtartam SI egysége a másodperc (s). Mivel az oszcilláció időtartamának reciproka határozza meg a frekvenciáját, egysége az időtartam mértékegységének reciproka, azaz s-1.
Sok egység nevét az egység kutatásán dolgozó tudósok ihlették. Heinrich Hertz német fizikus jelentős mértékben hozzájárult az elektromágneses sugárzás területén. Ennek eredményeként A Hertz-et SI frekvenciaegységnek is tekintik e híres tudós tiszteletére. Mivel a Hertz a másodpercenkénti ciklust jelenti, ezt mondhatjuk
1 Hertz = egy ciklus másodpercenként.
Így az s és a Hertz az SI frekvenciaegységként használt oszcillációs egységek frekvenciája, de a Hertz-et gyakrabban használják.
Az oszcillációs frekvencia és a frekvencia oszcillációs egységek áttekintése után felmerülhet a kérdés, hogyan lehet kiszámítani az oszcillációs frekvenciát. Tehát lássuk, hogyan kell kiszámítani az oszcillációs frekvenciát.
Hogyan kell kiszámítani az oszcillációs frekvenciát?
Az oszcillációs frekvencia kiszámításának két módja van:
- Matematikai
- Kísérleti
⇒ A matematikai módszer az oszcillációs frekvencia kiszámítása:
Az oszcilláció frekvenciájának kiszámításához periódus- és frekvenciaképleteket kell használnunk. Az oszcillációs frekvencia kiszámításának képlete a rendszertől függően változhat.
✦ A rugótömegrendszer rezgési frekvenciája:
Amint az ábrán látható, a rugó végére egy m tömeg van rögzítve. A tavasz a tömeg súlya miatt fel-le oszcillál. Tehát, ha k a rugó rugóállandója, akkor az oszcilláló frekvencia frekvenciája a következőképpen adódik:
✦ Egyszerű inga lengési frekvenciája:
Egy egyszerű ingában m tömeget rögzítünk a húr végére. Így a tömeg miatt a húr előre-hátra oszcillál. Ezért, ha L a karakterlánc hossza, akkor a frekvenciája egyszerű inga által adva:
Így azt mondhatjuk, hogy egy egyszerű inga esetében a lengés gyakorisága nem függ a hozzákapcsolt tárgy tömegétől.
✦ Az oszcillációs frekvencia a összetett vagy fizikai inga:
Fizikai vagy összetett inga úgy jön létre, hogy egy merev testet függesztenek fel a rögzített vízszintes tengelyre. Mivel a merev test érintett, a tehetetlenségi nyomatéka is működésbe lép. Így az összetett inga frekvenciáját a következő képlet adja meg:
✦ Oszcillációs frekvencia a torziós inga:
Amikor egy huzalra vagy vékony rúdra korongszerű masszát függesztünk a merev test helyett a rendszert torziós ingaként ismerik. Ennek eredményeként a torziós inga lengési frekvenciája:
⇒ Kísérleti módszer az oszcillációs frekvencia kiszámítására:
Az inga vagy egy rugótömegrendszer rezgési frekvenciájának számítása közel azonos. A fő különbség az, hogy a rugótömeg-rendszerre a k rugóállandót kell kiszámítani. A módszer a következő:
- Rugós tömegrendszerben a rugóállandó kiszámításához akassza fel a tömeget a rugóra, és a rugó oszcillálni kezd. Most hagyjuk, hogy a tömeg mozdulatlan állapotba kerüljön, ahol a gravitáció tömeg és rugóerő az erő kiegyensúlyozott lesz. Ezután a rugóhoz hozzáadott masszát megnyújtja, ezért jegyezze fel ezt a változást a rugós nyújtásban.
Δmg -kΔy =0
Így a k rugóállandó:
Itt Δy a rugónyúlás változása.
- Most oszcillálja a rugót vagy az ingát. Ezután minden tömegnél kövesse nyomon az időt tíz oszcillációig. A pontos válasz eléréséhez ismételje meg ezt a módszert háromszor. A három idő átlagát használjuk az időtartam meghatározásához. Vegyük ennek az ellenkezőjét, és megkapjuk a frekvenciát.
Reméljük, hogy ez a cikk választ ad az oszcilláció frekvenciájára, az oszcillációs frekvencia egységeire és az oszcilláció kiszámítására vonatkozó kérdéseire.
