Mi a természetes frekvencia?

Természetes frekvencia az a sebesség, amellyel az objektum rezeg, amikor zavart (például kopasztott, dörzsölte vagy megüt). A vibráló tárgynak egy vagy több természetes frekvenciája lehet. Az objektum természetes frekvenciájának modellezéséhez egyszerű harmonikus oszcillátorok használhatók.

Kulcsfontosságú elvihetőség: természetes frekvencia

A fizikában, frekvencia egy hullám tulajdonsága, amely csúcsok és völgyek sorozatából áll. A hullám frekvenciája arra utal, hogy egy hullám pontja hányszor halad át egy rögzített referenciapontot másodpercenként.

Más kifejezések kapcsolódnak a hullámokhoz, beleértve az amplitúdót. A hullám amplitúdója ezen csúcsok és völgyek magasságára utal, a hullám közepétől a csúcs maximális pontjáig mérve. A nagyobb amplitúdójú hullám nagyobb intenzitással rendelkezik. Ennek számos gyakorlati alkalmazása van. Például egy nagyobb amplitúdójú hanghullámot hangosabbnak fognak venni.

Így egy olyan tárgynak, amely a természetes frekvencián rezeg, jellegzetes frekvenciája és amplitúdója lesz, többek között a tulajdonságok között.

Az objektum természetes frekvenciájának modellezéséhez egyszerű harmonikus oszcillátorok használhatók.

Egy egyszerű harmonikus oszcillátor példája a rugó végén lévő gömb. Ha ezt a rendszert nem zavarják, akkor egyensúlyi helyzetében van - a rugó a golyó súlya miatt részben ki van nyújtva. Erő alkalmazása a rugóra, például a labdát lefelé húzva, a rugó rezgésbe lép, vagy felfelé és lefelé halad az egyensúlyi helyzetében.

A bonyolultabb harmonikus oszcillátorok leírhatók más helyzetekre is, például ha a rezgések „csillapítva” a súrlódás miatt lelassulnak. Ez a fajta rendszer jobban alkalmazható a valós világban - például egy gitárhúr nem fog végtelenségig rezegni, miután kitépte.

A fenti egyszerű harmonikus oszcillátor f természetes frekvenciáját a következő érték adja meg:

f = ω / (2π)

ahol ω, a szögfrekvenciát √ (k / m) adja meg.

K itt a rugóállandó, amelyet a rugó merevsége határoz meg. A magasabb rugóállandók a merevebb rugóknak felelnek meg.

m a golyó tömege.

Az egyenletet tekintve láthatjuk, hogy:

• A könnyebb tömeg vagy a merevebb rugó növeli a természetes frekvenciát.
• A nehezebb tömeg vagy lágyabb rugó csökkenti a természetes frekvenciát.

A természetes frekvenciák eltérnek a frekvenciáktól kényszer frekvenciák, amelyek egy tárgyra meghatározott erővel történő erőhatással lépnek fel. A kényszerfrekvencia olyan frekvencián fordulhat elő, amely azonos vagy eltér a természetes frekvenciától.

• Ha a kényszerfrekvencia nem egyenlő a természetes frekvenciával, a keletkező hullám amplitúdója kicsi.
• Amikor a kényszerfrekvencia megegyezik a természetes frekvenciával, azt mondják, hogy a rendszer „rezonanciát” él: a kapott hullám amplitúdója nagy a többi frekvenciához képest.

Az a gyermek, aki ül egy tolott hintán, majd egyedül hagyja, először egy bizonyos időtartamon belül bizonyos számú alkalommal oda-vissza elcsúszik. Ez idő alatt a lengés a természetes frekvenciáján mozog.

Annak érdekében, hogy a gyermek szabadon lenghessen, a megfelelő időben kell tolni. Ezeknek a „megfelelő időknek” meg kell felelniük a lengés természetes frekvenciájának, hogy a lengés élménye rezonanciát teremtsen, vagy a legjobb választ adjon. A hinta minden egyes megnyomással kicsit több energiát kap.

Időnként nem biztonságos a természetes frekvenciával egyenértékű kényszerfrekvencia alkalmazása. Ez történhet hidakban és más mechanikus szerkezetekben. Amikor egy rosszul megtervezett híd a természetes frekvenciájával megegyező rezgéseket tapasztal, hevesen ingadozik, és egyre erősebbé válik, amikor a rendszer több energiát nyer. Számos ilyen „rezonancia-katasztrófát” dokumentáltak.

• Avison, John. A fizika világa. 2. kiadás, Thomas Nelson és Sons Ltd., 1989.
• Richmond, Michael. Példa a rezonanciára. A Rochester Institute of Technology, spiff.rit.edu/classes/phys312/workshop/w5c/resonance_examples.html.
• Oktatóanyag: A rezgés alapjai. Newport Corporation, www.newport.com/t/fundamentals-of-vibration.