Mehaaniliste süsteemide vibratsioon ja võnkumised jäävad füüsika üheks olulisemaks õppesuunaks. Praktiliselt iga süsteem võngub või vibreerib vabalt väga erinevatel viisidel.

Mis ühist on ookeanipulgal, kitarril, lapsel kiikumisel või südame peksmisel? Need kõik võnkuvad - see tähendab, et nad liiguvad kahe punkti vahel edasi-tagasi. Inimkeha ise on vibratsiooninähtuste varandus. Isegi meie keha aatomid vibreerivad. Igal võnkuval süsteemil on midagi ühist. See hõlmab jõudu ja energiat. Alustate liikumist, lükates lapsel kiiku, või suurendate soojusenergiaga kristallides vibreerivate aatomite energiat. Nii tekitavad võnkumised laineid.

Mis ühist on võnkumistel või lainetel? Selliste nähtuste seos on perioodilisus. On selge, et väike arv aluspõhimõtteid kirjeldab kõiki nähtusi, mis tõestab, et need on tavalised, kui oleksite võinud ette kujutada. Märkate igas nähtuses teatud mustrit või liikumist, mis kordub ikka ja jälle. Perioodiline liikumine on liikumine, mis kordub korrapäraste ajavahemike järel ikka ja jälle, näiteks see, mida eksponeerib kitarrikeel või lapse liikumine edasi-tagasi. Ühe vibratsioonitsükli või võnke täitmise aega nimetatakse laine perioodiks. Sagedus tähendab lihtsalt võnketsüklite arvu sekundis.

Mis on sagedus?

Laine sagedus tähendab lihtsalt täielike tsüklite või võnkumiste arvu, mis toimuvad ühe sekundiga. Seda mõõdetakse tsüklites sekundis või hertsides (Hz). Tsükkel on üks täielik võnkumine ja vibratsioon võib olla üks või mitu sündmust, samas kui võnkumised korduvad enamasti mitme tsükli jooksul. Tavaliselt tähistatakse seda tähega f ja väljendatakse järgmiselt:

f = 1 / T, kus “T” tähistab ajavahemikku ja “f” on sagedus.

Mis on periood?

Periood on sageduse pöördvõrdeline ja seda defineeritakse kui aega, mis kulub vibratsiooni või võnkumise täielikuks ümberlülitumiseks. See lihtsalt viitab ajale, mil midagi perioodiliselt aset leiab, ja seda mõõdetakse sekundites tsükli kohta. Ajavahemik on sageduse vastastikune, mis tähendab, et mõlemad kogused on üksteisega pöördvõrdelised. Võrrandivormis väljendatakse perioodi järgmiselt:

T = 1 / f, kus f on sagedus ja T on ajavahemik.

Perioodi ja sageduse erinevus

  1. Perioodi ja sageduse määratlus

Mõisted periood ja sagedus on omavahel seotud, kuna neil on teatav liikumismuster, kuid nad on siiski selgelt erinevad. Mõlemad on seotud perioodilise nähtusega ja on sageli üksteisega segamini. Periood tähistab aega, mis kulub lainetel ühe täieliku võnke- või vibratsioonitsükli lõpuleviimiseks. Sagedus, vastupidi, tähendab täielike tsüklite arvu või võnkumisi sekundis. Periood on ajaga seotud kogus, samas kui sagedus on seotud kiirusega. Periood tähendab lihtsalt aega, et midagi perioodiliselt toimuks, samas kui sagedus tähendab, kui sageli see juhtub.

  1. Perioodi ja sageduse suhe

Mõlemad kogused on üksteisega pöördvõrdelised. Sagedust väljendatakse tsüklites sekundis, kõikuvust sekundis, vibratsiooni sekundis jne. Ja seda tähistatakse tavaliselt tähega “f”. Perioodi väljendatakse sekundites tsükli kohta. Sageduse ühik on Hertz (Hz) ja “T” tähistab ühe täieliku võnkumise ajavahemikku. Matemaatiliselt on mõlemad suurused üksteisega vastastikku. Võrrandivormis väljendatakse sagedust ja perioodi järgmiselt:

f = 1 / T, kus f on sagedus ja T on periood.

Seda võib väljendada ka järgmiselt:

T = 1 / f

  1. Näide perioodist ja sagedusest

Ütleme nii, et laine võtab üles ja alla võnkumiseks ühe sekundi, mis tähendab, et laine ajavahemik on 1 sekund. Sagedus ja periood on üksteisega pöördvõrdelised. Kuna sekundis toimub ainult üks tsükkel, oleks laine sagedus 1 tsükkel sekundis. Ja kui lainel kuluks kogu tsükli võnkumiseks pool sekundit, oleks selle laine periood 0,5 sekundit ja sagedus 1 / 0,5 = 2, see tähendab 2 tsüklit sekundis. Niisiis, mida pikem on ajavahemik, vähendage sagedust ja vastupidi.

Periood vs sagedus: võrdlusdiagramm

Perioodi kokkuvõte Sagedus

Nii sagedus kui ka ajavahemik on üksteisega seotud lainete põhiparameetrid, kuid kvantiteedi osas on need selgelt erinevad. Laine sagedus on seotud kiiruse suurusega, samal ajal kui laine ajavahemik on seotud ajakogusega. Ajavahemik tähendab aega, mis kulub lainel ühe täieliku võnke- või vibratsioonitsükli lõpuleviimiseks, mis on sagedusega vastupidine. Sagedus tähendab ühe sekundiga tekkivate vibratsioonide arvu, mis on ajaperioodi pöördvõrdeline väärtus. Sagedust mõõdetakse tavaliselt hertsides (Hz) ja perioodi sekundites. Mõlemad on üksteisega pöördvõrdelised, mis tähendab, et kui sagedus on kõrgem, siis on periood madalam ja vastupidi. Sagedust tähistatakse tähega f ja perioodi tähistatakse tähega T.

Viited

  • Kujutise krediit: https://en.wikipedia.org/wiki/Frequency-shift_keying#/media/File:FSK-FMCW_Principle.png
  • Kujutise krediit: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a3/Pendulum_period.svg/500px-Pendulum_period.svg.png
  • Ingard, K.U. Lainete ja võnkumiste alused. Cambridge: Cambridge University Press, 1988. Trükk
  • Chaudhuri, R.N. Lained ja võnked. New Delhi: New Age International, 2001. Trükk
  • Zitzewitz, Paul W. Käepärase füüsika vastuste raamat. Michigan: Visible Ink Press, 2011. Prindi