Что обозначает частота колебания
Частота
Определение частоты
Частотой называют физическую величину, характеризующую периодический процесс.
Частота колебаний
Частота служит одним из основных параметров, характеризующих колебания.
В Международной системе единиц (СИ) частота измеряется в герцах или обратных секундах:
Частота биений, которые возникают при сложении двух колебаний, происходящих по одной прямой с разными, о близкими по величине частотами ($<\nu >_1\ и\ <\nu >_2$) равна:
Другой характеристикой колебаний является циклическая частота, которая равна:
Циклическая частота измеряется в радианах, деленных на секунду:
Выражение (4) выполняется для упругих, малых колебаний. Масса пружины должна быть мала в сравнении с массой тела.
Частота колебаний физического маятника:
Частота дискретных событий, частота вращения
Единицей измерения частоты дискретных событий является обратная секунда:
Секунда в минус первой степени равна частоте дискретных событий, если за время, равное одной секунде происходит одно событие.
Примеры задач с решением
Решение. Рассмотрим уравнение движения частицы:
Подставим значение циклической частоты, полученное из уравнения (1.1) в формулу (1.3), получаем:
Решение. Сделаем рисунок.
В нашей задаче мы имеем колебания пружинного маятника, частоту которого можно найти как:
Рассмотрим состояние равновесия тела, которое прикреплено к пружине (рис.1). Запишем второй закон Ньютона для сил, действующих на это тело в состоянии равновесия:
Запишем проекцию уравнения (2.2) на ось Y:
Так как колебания груза на пружине малые, то выполняется закон Гука и мы можем считать, что:
\[F_u=k\Delta x\ \left(2.4\right).\]
Подставим полученный в (2.5) результат в (1.1), частота колебаний тела на пружине равна:
Частота колебаний
Смотреть что такое «Частота колебаний» в других словарях:
частота колебаний — число колебаний в 1 с. Обозначается f или ν. Если Т период колебаний, то f = 1/T; измеряется в герцах (Гц). Угловая частота колебаний ω = 2πf = 2π/T рад/с. * * * ЧАСТОТА КОЛЕБАНИЙ ЧАСТОТА КОЛЕБАНИЙ, число колебаний в 1 с. Обозначается f или n.… … Энциклопедический словарь
частота колебаний — (f[v]) Величина, обратная периоду колебаний. [ГОСТ 7601 78] частота колебаний Число колебаний в единицу времени [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] частота колебаний частота Количество периодов… … Справочник технического переводчика
ЧАСТОТА КОЛЕБАНИЙ — величина, обратная периоду колебаний T(f=1/Т), т. е. равная числу периодов колебаний (числу колебаний), совершаемых в единицу времени. Обычно Ч. к. измеряется в герцах: 1 Гц соответствует одному колебанию в секунду. Часто используется также… … Физическая энциклопедия
Частота колебаний — 14. Частота колебаний v Средняя частота спектра лазерного излучения в пределах интервала частот линии спонтанного излучения Источник: ГОСТ 24453 80: Измерения пара … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
частота колебаний — svyravimų dažnis statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. oscillation frequency vok. Schwingungsfrequenz, f rus. частота колебаний, f pranc. fréquence d oscillation, f … Automatikos terminų žodynas
частота колебаний — virpesių dažnis statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. oscillation frequency vok. Schwingungsfrequenz, f rus. частота колебаний, f pranc. fréquence d oscillations, f … Automatikos terminų žodynas
частота колебаний — svyravimų dažnis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Svyruojamojo judesio dažnis. atitikmenys: angl. oscillation frequency vok. Schwingungsfrequenz, f rus. частота колебаний, f pranc. fréquence d’oscillations, f ryšiai:… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
частота колебаний — virpesių dažnis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Tam tikros sistemos virpėjimo dažnis. atitikmenys: angl. oscillation frequency vok. Schwingungsfrequenz, f rus. частота колебаний, f pranc. fréquence d’oscillations, f… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
частота колебаний — virpesių dažnis statusas T sritis chemija apibrėžtis Virpesių skaičius per 1 sekundę. atitikmenys: angl. oscillation frequency rus. частота колебаний … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
частота колебаний — svyravimų dažnis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. oscillation frequency vok. Schwingfrequenz, f; Schwingungsfrequenz, f rus. частота колебаний, f pranc. fréquence d’oscillations, f … Fizikos terminų žodynas
Примеры движения
Колебательное движение является одним из наиболее распространенных в природе. Например, можно представить себе струны музыкальных инструментов, качели или голосовые связки человека.
В физике колебаниями называются процессы, которые повторяются через равные промежутки времени. Подобные движения рассматривается посредством нескольких моделей:
Амплитуда, период и частота
Если подвесить одновременно два груза на две разные нити и запустить их, то можно заметить, что расстояние отклонения груза от среднего положения до крайнего — разное.
Это величина носит название амплитуды. Обозначается буквой А и измеряется в системе Си в метрах. Также для обозначения подобного движения применяются следующие термины:
Выделяют понятие свободных колебаний. Когда системе, например, математическому маятнику, придают импульс, чтобы начать движение, дальнейшие его колебания (самостоятельные) будут считаться свободными.
Математический маятник
Эта модель рассматривает движение груза, подвешенного на нитке. Описывается система, в которой масса нитки намного меньше массы груза, а ее длина намного больше его размеров.
Также нить должна быть невесомой и нерастяжимой.
Груз в этом случае считается материальной точкой.
При выполнении этих условий частота колебаний маятника и период не будут зависеть от массы груза. Движение математического маятника рассматривается при небольшом угле отклонения (α). Последний измеряется в радианах, поэтому приблизительно соответствует по значению его синусу и тангенсу. Этот же угол пропорционален отношению смещения на длину нити:
На маятник действует синусовая составляющая силы тяжести и тангенсовая сила натяжения нити. Согласно второму закону Ньютона: ma=-mgsin (α). Откуда можно получить a=-gx/l
Вторая производная уравнения движения дает a=-(ω)^2x
Период: T=2π /ω T=2π*sqrt (g/l)
Это формула Галилея, которая описывает движение математического маятника.
Формула частоты колебаний для математического маятника: v=sqrt (l/g)/2π.
Пружинный маятник
Подобным термином называется система, в которой движения совершает груз, подвешенный на легкой пружине.
Тело находится в положении равновесия, если пружина не деформирована. Если ее растянуть или сжать, то система начнет колебания под действием силы упругости, которая направлена на приведение маятника в положение равновесия.
Сила упругости пропорциональна смещению тела (x), но направлена противоположно. Коэффициент пропорциональности между этими двумя величинами носит название жесткости пружины (k). Таким образом:
Сила упругости достигает наибольшей величины в положении максимального отклонения тела (амплитуда, смещение) от равновесия. В этой точке наибольшую величину имеет и ускорение.
По мере того, как тело приближается к положению равновесия, уменьшается сила упругости и ускорение. В средней точки обе величины равны нулю, но ненулевое значение имеет скорость тела. Поэтому груз не останавливается, а продолжает движение.
После прохождения положения равновесия он двигается в обратном направлении по инерции, а сила упругости тянет его назад. Благодаря трению воздуха скорость уменьшается, и маятник останавливается.
Все эти модели можно отнести к классическому гармоническому осциллятору — системе, которая имеет одну степень свободы и описывается единственным уравнением.
Явление резонанса
Это понятие имеет особое значение для описания колебаний. Если имеется некое воздействие, частота которого приближается к собственной частоте системы, то последняя реагирует резким увеличением амплитуды.
Явление резонанса можно представить себе на примере того же математического маятника. Для этого необходимо маятник привязать к веревке, к которой привязать еще один такой же, но с более длинной нитью. При этом длина нитки второго маятника может регулироваться. Если привести в движение оба маятника, а длину второй нитки постепенно изменять, то можно будет заметить, что амплитуда увеличивается по мере приближения размеров обеих ниток.
В этом случае первый маятник будет приемником колебаний, а второй — передатчиком. Причиной увеличения амплитуды является колебание подвески с такой же частотой.
Колебательный контур
Является еще одним примером колебаний, на котором основаны все радиоприемники. Контур играет роль приемника сигнала.
В простейшем примере представляет собой замкнутую цепь из катушки индуктивности и конденсатора. При определенных обстоятельствах в подобном контуре могут возникать и поддерживаться электрические колебания.
Для возбуждения колебаний необходимо подключить источник постоянного напряжения к конденсатору и зарядить его. После этого источник убрать, а цепь замкнуть.
Конденсатор разряжается через катушку индуктивности, а в цепи создается ток, интенсивность которого увеличивается по мере разряда конденсатора. Вокруг катушки создается магнитное поле.
Электрический заряд конденсатора преобразовался в магнитное поле. После этого магнитное поле катушки будет уменьшаться, а конденсатор обратно заряжаться. Процесс повторяется циклически и описывается теми же характеристиками, что и механические колебания: частотой, амплитудой и периодом.
Они являются свободными и затухающими. Чтобы их поддерживать, необходимо периодически заряжать конденсатор.
Звук и электромагнитные волны
Понятие частоты вводится и для звуковых и электромагнитных волн. Первые представляют собой колебания плотности среды. Вторые — изменение со временем напряженности магнитного и электрического полей.
От частоты звука зависит его тональность. Этим свойством пользуются для стандартизации описания музыки и создания музыкальных инструментов — каждой ноте соответствует своя частота.
До 16 Гц человеческое ухо не воспринимает, так же как и выше 20 КГЦ. Более высокие частоты используются в эхолокации, ультразвуковой диагностике.
Частота электромагнитных волн также определяет их способность взаимодействовать с человеческим организмом. Рентгеновское излучение проходит насквозь, при этом взаимодействуя с молекулами, вызывая их ионизацию. Ультразвук провоцирует процессы загара, фотосинтеза. Радиоволновое излучение практически не оказывает прямого воздействия, но хорошо подходит для передачи информации. В видимом диапазоне частота определяет цвет.
Есть также такая характеристика, как частота колебаний молекул. Она зависит от температуры тела и определяет его агрегатное состояние.
Таким образом, частота колебаний описывает большое количество процессов и оказывает воздействие на их характеристики.
Формула частоты
Частота (наряду со временем) является самой точно измеряемой величиной.
Формула частоты колебаний
Единицей измерения частоты в Международной системе единиц (СИ) служат в герцы или обратные секунды:
Частота биений, которые возникают при сложении двух колебаний, происходящих по одной прямой с разными, но близкими по величине частотами ($<\nu >_1\ и\ <\nu >_2$) равна:
Еще одно величиной характеризующей колебательный процесс является циклическая частота ($<\omega >_0$), связанная с частотой как:
Циклическая частота измеряется в радианах, деленных на секунду:
Формула (4) верна для упругих, малых колебаний. Кроме того масса пружины должна быть малой по сравнению с массой тела, прикрепленного к этой пружине.
Для математического маятника частоту колебаний вычисляют как: длина нити:
Физический маятник совершает колебания с частотой:
Формулы для вычисления частоты дискретных событий, частота вращения
Единицей измерения частоты дискретных событий является обратная секунда:
Секунда в минус первой степени равна частоте дискретных событий, если за время, равное одной секунде происходит одно событие.
Примеры задач с решением
Задание. Колебательная система совершила за время равное одной минуте ($\Delta t=1\ мин$) 600 колебаний. Какова частота этих колебаний?
Как сказал.
Жизнь — как вождение велосипеда. Чтобы сохранить равновесие, ты должен двигаться
Вопросы к экзамену
Для всех групп технического профиля
Список лекций по физике за 1,2 семестр
Я учу детей тому, как надо учиться
Часто сталкиваюсь с тем, что дети не верят в то, что могут учиться и научиться, считают, что учиться очень трудно.
Частота колебаний
Частота колебаний — физическая величина, равная количеству колебаний, совершаемых за единицу времени.
Чтобы найти частоту колебаний надо количество колебаний разделить на время совершения этих колебаний:
Частота – величина, обратная периоду колебаний:
Частота колебаний ν показывает, сколько колебаний совершается за 1 с. Единица частоты – герц (Гц).
Частота колебаний на графике:
красная кривая отличается от синей только значением частоты ( ν’= 2ν )
Разновидности частот колебаний:
Циклическая частота 
Частота колебаний пружинного маятника 
Частота колебаний математического маятника 
Частота электромагнитных колебаний 
Частота колебаний физического маятника 
Частота колебаний крутильного маятника 
ν — частота колебаний
ω — циклическая частота
T — период колебаний маятника
m — масса груза, или масса маятника
k — жесткость пружины
g — ускорение свободного падения
J — момент инерции маятника относительно оси вращения
l — расстояние от оси вращения до центра масс
I — момент инерции тела
K — вращательный коэффициент жёсткости маятника