Как правильно пишется частота колебаний

ЧАСТОТА КОЛЕБАНИЙ

ЧАСТОТА КОЛЕБАНИЙ
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 величина w=2pf, наз. циклической или круговой частотой. В случае гармонич. волновых процессов

u(x, t)=Acos(wt± kx),

где А — амплитуда колебаний, t — время, х — координата. Круговая Ч. к. связана с волновым числом k и фазовой скоростью v соотношением w=kv.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия.
.
1983.

.

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 — число колебаний в 1 с. Обозначается f или ?. Если T период от колебаний, то f = 1/T; измеряется в герцах (Гц). Угловая частота колебаний ??= 2?f = 2?/T рад/с …   Большой Энциклопедический словарь

  • 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

Толковый словарь русского языка. Поиск по слову, типу, синониму, антониму и описанию. Словарь ударений.

частота колебаний

ЭНЦИКЛОПЕДИЧЕСКИЙ СЛОВАРЬ

Частота́ колеба́ний — 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 — ЧАСТОТА́ КОЛЕБА́НИЙ, число колебаний в 1 с. Обозначается f или n. Если T — период от колебаний, то f = 1/T; измеряется в герцах (Гц). Угловая частота колебаний w = 2pf = 2p/T рад/с.

БОЛЬШОЙ ЭНЦИКЛОПЕДИЧЕСКИЙ СЛОВАРЬ

ЧАСТОТА КОЛЕБАНИЙ — число колебаний в 1 с. Обозначается f или ?. Если T — период от колебаний, то f = 1/T; измеряется в герцах (Гц). Угловая частота колебаний ??= 2?f = 2?/T рад/с.

ПОЛЕЗНЫЕ СЕРВИСЫ

Частота в физике, теория и онлайн калькуляторы

Частота

Определение частоты

Определение

Частотой называют физическую величину, характеризующую периодический процесс.

Она равна числу повторений или реализации событий за единицу времени. Обозначают частоту $nu ,$ могут встречаться другие варианты обозначений частоты, например $f$ или $F$.

Частота (наряду со временем) — это наиболее точно измеряемая величина.

Частота колебаний

Частота служит одним из основных параметров, характеризующих колебания.

Определение

Частота — это физическая величина обратная периоду колебаний (T). Частота — это число полных колебаний, которые совершаются за
единицу времени.

[nu =frac{1}{T}left(1right).]

В Международной системе единиц (СИ) частота измеряется в герцах или обратных секундах:

[left[nu right]=с^{-1}=Гц.]

Герц — единица измерения частоты периодического процесса, при которой за время в одну секунду протекает один цикл процесса. Единица измерения частоты периодического процесса получила свое наименование в честь немецкого ученого Г. Герца.

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:

[{nu =nu }_1- {nu }_2left(2right).]

Другой характеристикой колебаний является циклическая частота, которая равна:

[{omega }_0=2pi nu left(3right).]

Циклическая частота измеряется в радианах, деленных на секунду:

[left[{omega }_0right]=frac{рад}{с}.]

Частота колебаний тела, массой$ m,$ подвешенного на пружине с жесткостью $k$ равна:

[nu =frac{1}{2pi sqrt{{m}/{k}}}left(4right).]

Выражение (4) выполняется для упругих, малых колебаний. Масса пружины должна быть мала в сравнении с массой тела.

Частота колебаний математического маятника, длина нити которого $l$:

[nu =frac{1}{2pi sqrt{{l}/{g}}}left(5right),]

где $g$ — ускорение свободного падения.

Частота колебаний физического маятника:

[nu =frac{1}{2pi sqrt{{J}/{mgd}}}left(6right),]

где $J$ — момент инерции тела, совершающего колебания относительно оси; $d$ — расстояние от центра масс маятника до оси колебаний.

Формулы (4) — (6) приближенные. Чем меньше амплитуда колебаний, тем точнее результаты дают эти формулы.

Частота дискретных событий, частота вращения

Определение

Частотой дискретных колебаний ($n$) — называют физическую величину, которая равна количеству действий (событий) в единицу времени.

Если время, которое занимает одно событие обозначить как $tau $, то частота дискретных событий равна:

[n=frac{1}{tau }left(7right).]

Единицей измерения частоты дискретных событий является обратная секунда:

[left[nright]=frac{1}{с}.]

Секунда в минус первой степени равна частоте дискретных событий, если за время, равное одной секунде происходит одно событие.

Частотой вращения ($n$) — называют величину, равную количеству полных оборотов, которое совершает тело в единицу времени. Если $tau $ — время, затрачиваемое на один полный оборот, то:

[n=frac{1}{tau }left(8right).]

Примеры задач с решением

Пример 1

Задание. Частица совершает гармонические колебания, которые описывает следующий закон: $x=6{sin left(frac{pi }{4}t+frac{pi }{3}right) }(м)$. Какова частота этих колебаний?

Решение. Рассмотрим уравнение движения частицы:

[x=6{sin left(frac{pi }{4}t+frac{pi }{3}right)left(1.1right). }]

Из этого уравнения мы видим, что амплитуда колебаний точки равна: $x_m=6 left(мright);;$ циклическая частота колебаний равна ${omega }_0=frac{pi }{4}(frac{рад}{с})$; начальная фаза колебаний: ${varphi }_0=frac{pi }{3}(рад)$. Частоту найдем, используя формулу:

[{omega }_0=2pi nu left(1.2right),]

из которой имеем:

[nu =frac{{omega }_0}{2pi }left(1.3right).]

Подставим значение циклической частоты, полученное из уравнения (1.1) в формулу (1.3), получаем:

[nu =frac{frac{pi }{4}}{2pi }=frac{1}{8} left(Гцright).]

Ответ. $nu =frac{1}{8}Гц$

Пример 2

Задание. К упругой пружине прикрепили маленький груз, при этом она растянулась на $Delta x$ (м). Какой будет частота колебаний грузика, если он будет совершать свободные колебания? Затуханием колебаний пренебречь.

Решение. Сделаем рисунок.

Частота, рисунок 2

В нашей задаче мы имеем колебания пружинного маятника, частоту которого можно найти как:

[nu =frac{1}{2pi sqrt{{m}/{k}}}left(2.1right).]

Рассмотрим состояние равновесия тела, которое прикреплено к пружине (рис.1). Запишем второй закон Ньютона для сил, действующих на это тело в состоянии равновесия:

[moverline{g}+{overline{F}}_u=0 left(2.2right).]

Запишем проекцию уравнения (2.2) на ось Y:

[F_u=mgleft(2.3right).]

Так как колебания груза на пружине малые, то выполняется закон Гука и мы можем считать, что:

[F_u=kDelta x left(2.4right).]

Из (2.3) и (2.4) найдем отношение ${m}/{k}:$

[mg=kDelta x to {m}/{k}={Delta x}/{g}left(2.5right).]

Подставим полученный в (2.5) результат в (1.1), частота колебаний тела на пружине равна:

[nu =frac{1}{2pi sqrt{{Delta x}/{g}}}.]

Ответ. $nu =frac{1}{2pi sqrt{{Delta x}/{g}}}$

Читать дальше: эффект Доплера.

236

проверенных автора готовы помочь в написании работы любой сложности

Мы помогли уже 4 396 ученикам и студентам сдать работы от решения задач до дипломных на отлично! Узнай стоимость своей работы за 15 минут!

From Wikipedia, the free encyclopedia

Frequency
ลูกตุ้มธรรมชาติ.gif

A pendulum making 25 complete oscillations in 60 s, a frequency of 0.416 Hz

Common symbols

f, ν
SI unit hertz (Hz)

Other units

  • cycle per second (cps)
  • revolution per minute (rpm or r/min)
In SI base units s−1

Derivations from
other quantities

  • f = 1 / T
Dimension {displaystyle {mathsf {T}}^{-1}}

Frequency is the number of occurrences of a repeating event per unit of time.[1] It is also occasionally referred to as temporal frequency for clarity, and is distinct from angular frequency. Frequency is measured in hertz (Hz) which is equal to one event per second. The period is the interval of time between events, so the period is the reciprocal of the frequency.[2]

For example, if a heart beats at a frequency of 120 times a minute (2 hertz), the period, T—the interval at which the beats repeat—is half a second (60 seconds divided by 120 beats). Frequency is an important parameter used in science and engineering to specify the rate of oscillatory and vibratory phenomena, such as mechanical vibrations, audio signals (sound), radio waves, and light.

Definitions and units[edit]

A pendulum with a period of 2.8 s and a frequency of 0.36 Hz

For cyclical phenomena such as oscillations, waves, or for examples of simple harmonic motion, the term frequency is defined as the number of cycles or vibrations per unit of time. The conventional symbol for frequency is f; the Greek letter ν (nu) is also used.[3] The period T is the time taken to complete one cycle of an oscillation or rotation. The relation between the frequency and the period is given by the equation[4]

{displaystyle f={frac {1}{T}}.}

The term temporal frequency is used to emphasise that the frequency is characterised by the number of occurrences of a repeating event per unit time.

The SI unit of frequency is the hertz (Hz),[4] named after the German physicist Heinrich Hertz by the International Electrotechnical Commission in 1930. It was adopted by the CGPM (Conférence générale des poids et mesures) in 1960, officially replacing the previous name, cycle per second (cps). The SI unit for the period, as for all measurements of time, is the second.[5] A traditional unit of frequency used with rotating mechanical devices, where it is termed rotational frequency, is revolution per minute, abbreviated r/min or rpm.[6] 60 rpm is equivalent to one hertz.[7]

Period versus frequency[edit]

As a matter of convenience, longer and slower waves, such as ocean surface waves, are more typically described by wave period rather than frequency.[8] Short and fast waves, like audio and radio, are usually described by their frequency. Some commonly used conversions are listed below:

Frequency Period
1 mHz (10−3 Hz) 1 ks (103 s)
1 Hz (100 Hz) 1 s (100 s)
1 kHz (103 Hz) 1 ms (10−3 s)
1 MHz (106 Hz) 1 μs (10−6 s)
1 GHz (109 Hz) 1 ns (10−9 s)
1 THz (1012 Hz) 1 ps (10−12 s)

[edit]

Diagram of the relationship between the different types of frequency and other wave properties.

  • Angular frequency, usually denoted by the Greek letter ω (omega), is defined as the rate of change of angular displacement (during rotation), θ (theta), or the rate of change of the phase of a sinusoidal waveform (notably in oscillations and waves), or as the rate of change of the argument to the sine function:

    {displaystyle y(t)=sin left(theta (t)right)=sin(omega t)=sin(2mathrm {pi } ft)}

    {displaystyle {frac {mathrm {d} theta }{mathrm {d} t}}=omega =2mathrm {pi } f.}

    The unit of angular frequency is the radian per second (rad/s) but, for discrete-time signals, can also be expressed as radians per sampling interval, which is a dimensionless quantity. Angular frequency is frequency multiplied by 2π.

  • Spatial frequency, denoted here by ξ, is analogous to temporal frequency, but with a spatial measurement replacing time measurement,[note 1] e.g.:

    {displaystyle y(t)=sin left(theta (t,x)right)=sin(omega t+kx)}

    {displaystyle {frac {mathrm {d} theta }{mathrm {d} x}}=k=2pi xi .}

In wave propagation [edit]

For periodic waves in nondispersive media (that is, media in which the wave speed is independent of frequency), frequency has an inverse relationship to the wavelength, λ (lambda). Even in dispersive media, the frequency f of a sinusoidal wave is equal to the phase velocity v of the wave divided by the wavelength λ of the wave:

{displaystyle f={frac {v}{lambda }}.}

In the special case of electromagnetic waves in vacuum, then v = c, where c is the speed of light in vacuum, and this expression becomes

{displaystyle f={frac {c}{lambda }}.}

When monochromatic waves travel from one medium to another, their frequency remains the same—only their wavelength and speed change.

Measurement[edit]

Measurement of frequency can be done in the following ways:

Counting[edit]

Calculating the frequency of a repeating event is accomplished by counting the number of times that event occurs within a specific time period, then dividing the count by the period. For example, if 71 events occur within 15 seconds the frequency is:

{displaystyle f={frac {71}{15,{text{s}}}}approx 4.73,{text{Hz}}.}

If the number of counts is not very large, it is more accurate to measure the time interval for a predetermined number of occurrences, rather than the number of occurrences within a specified time.[10] The latter method introduces a random error into the count of between zero and one count, so on average half a count. This is called gating error and causes an average error in the calculated frequency of {textstyle Delta f={frac {1}{2T_{text{m}}}}}, or a fractional error of {textstyle {frac {Delta f}{f}}={frac {1}{2fT_{text{m}}}}} where {displaystyle T_{text{m}}} is the timing interval and f is the measured frequency. This error decreases with frequency, so it is generally a problem at low frequencies where the number of counts N is small.

A resonant-reed frequency meter, an obsolete device used from about 1900 to the 1940s for measuring the frequency of alternating current. It consists of a strip of metal with reeds of graduated lengths, vibrated by an electromagnet. When the unknown frequency is applied to the electromagnet, the reed which is resonant at that frequency will vibrate with large amplitude, visible next to the scale.

Stroboscope[edit]

An old method of measuring the frequency of rotating or vibrating objects is to use a stroboscope. This is an intense repetitively flashing light (strobe light) whose frequency can be adjusted with a calibrated timing circuit. The strobe light is pointed at the rotating object and the frequency adjusted up and down. When the frequency of the strobe equals the frequency of the rotating or vibrating object, the object completes one cycle of oscillation and returns to its original position between the flashes of light, so when illuminated by the strobe the object appears stationary. Then the frequency can be read from the calibrated readout on the stroboscope. A downside of this method is that an object rotating at an integer multiple of the strobing frequency will also appear stationary.

Frequency counter[edit]

Higher frequencies are usually measured with a frequency counter. This is an electronic instrument which measures the frequency of an applied repetitive electronic signal and displays the result in hertz on a digital display. It uses digital logic to count the number of cycles during a time interval established by a precision quartz time base. Cyclic processes that are not electrical, such as the rotation rate of a shaft, mechanical vibrations, or sound waves, can be converted to a repetitive electronic signal by transducers and the signal applied to a frequency counter. As of 2018, frequency counters can cover the range up to about 100 GHz. This represents the limit of direct counting methods; frequencies above this must be measured by indirect methods.

Heterodyne methods[edit]

Above the range of frequency counters, frequencies of electromagnetic signals are often measured indirectly utilizing heterodyning (frequency conversion). A reference signal of a known frequency near the unknown frequency is mixed with the unknown frequency in a nonlinear mixing device such as a diode. This creates a heterodyne or «beat» signal at the difference between the two frequencies. If the two signals are close together in frequency the heterodyne is low enough to be measured by a frequency counter. This process only measures the difference between the unknown frequency and the reference frequency. To reach higher frequencies, several stages of heterodyning can be used. Current research is extending this method to infrared and light frequencies (optical heterodyne detection).

Examples[edit]

Light[edit]

Visible light is an electromagnetic wave, consisting of oscillating electric and magnetic fields traveling through space. The frequency of the wave determines its color: 400 THz (4×1014 Hz) is red light, 800 THz (8×1014 Hz) is violet light, and between these (in the range 400–800 THz) are all the other colors of the visible spectrum. An electromagnetic wave with a frequency less than 4×1014 Hz will be invisible to the human eye; such waves are called infrared (IR) radiation. At even lower frequency, the wave is called a microwave, and at still lower frequencies it is called a radio wave. Likewise, an electromagnetic wave with a frequency higher than 8×1014 Hz will also be invisible to the human eye; such waves are called ultraviolet (UV) radiation. Even higher-frequency waves are called X-rays, and higher still are gamma rays.

All of these waves, from the lowest-frequency radio waves to the highest-frequency gamma rays, are fundamentally the same, and they are all called electromagnetic radiation. They all travel through vacuum at the same speed (the speed of light), giving them wavelengths inversely proportional to their frequencies.

{displaystyle displaystyle c=flambda ,}

where c is the speed of light (c in vacuum or less in other media), f is the frequency and λ is the wavelength.

In dispersive media, such as glass, the speed depends somewhat on frequency, so the wavelength is not quite inversely proportional to frequency.

Sound[edit]

The sound wave spectrum, with rough guide of some applications

Sound propagates as mechanical vibration waves of pressure and displacement, in air or other substances.[11] In general, frequency components of a sound determine its «color», its timbre. When speaking about the frequency (in singular) of a sound, it means the property that most determines its pitch.[12]

The frequencies an ear can hear are limited to a specific range of frequencies. The audible frequency range for humans is typically given as being between about 20 Hz and 20,000 Hz (20 kHz), though the high frequency limit usually reduces with age. Other species have different hearing ranges. For example, some dog breeds can perceive vibrations up to 60,000 Hz.[13]

In many media, such as air, the speed of sound is approximately independent of frequency, so the wavelength of the sound waves (distance between repetitions) is approximately inversely proportional to frequency.

Line current[edit]

In Europe, Africa, Australia, southern South America, most of Asia, and Russia, the frequency of the alternating current in household electrical outlets is 50 Hz (close to the tone G), whereas in North America and northern South America, the frequency of the alternating current in household electrical outlets is 60 Hz (between the tones B♭ and B; that is, a minor third above the European frequency). The frequency of the ‘hum’ in an audio recording can show where the recording was made, in countries using a European, or an American, grid frequency.

Aperiodic frequency[edit]

Aperiodic frequency is the rate of incidence or occurrence of non-cyclic phenomena, including random processes such as radioactive decay. It is expressed with the unit of reciprocal second (s−1)[14] or, in the case of radioactivity, becquerels.[15]

It is defined as a ratio, f = N/T, involving the number of times an event happened (N) during a given time duration (T); it is a physical quantity of type temporal rate.

See also[edit]

  • Audio frequency
  • Bandwidth (signal processing)
  • Cutoff frequency
  • Downsampling
  • Electronic filter
  • Fourier analysis
  • Frequency band
  • Frequency converter
  • Frequency domain
  • Frequency distribution
  • Frequency extender
  • Frequency grid
  • Frequency modulation
  • Frequency spectrum
  • Interaction frequency
  • Least-squares spectral analysis
  • Natural frequency
  • Negative frequency
  • Periodicity (disambiguation)
  • Pink noise
  • Preselector
  • Radar signal characteristics
  • Signaling (telecommunications)
  • Spread spectrum
  • Spectral component
  • Transverter
  • Upsampling
  • Orders of magnitude (frequency)

Notes[edit]

  1. ^ The term spatial period, sometimes used in place of wavelength, analogously corresponds to the (temporal) period.[9]

References[edit]

  1. ^ «Definition of FREQUENCY». Retrieved 3 October 2016.
  2. ^ «Definition of PERIOD». Retrieved 3 October 2016.
  3. ^ Serway & Faughn 1989, p. 346.
  4. ^ a b Serway & Faughn 1989, p. 354.
  5. ^ «Resolution 12 of the 11th CGPM (1960)». BIPM (International Bureau of Weights and Measures). Archived from the original on 8 April 2020. Retrieved 21 January 2021.
  6. ^ «Special Publication 811: NIST Guide to the SI, Chapter 8». Nist. 28 January 2016. Retrieved 2022-11-08.
  7. ^ Davies 1997, p. 275.
  8. ^ Young 1999, p. 7.
  9. ^ Boreman, Glenn D. «Spatial Frequency». SPIE. Retrieved 22 January 2021.
  10. ^ Bakshi, K.A.; A.V. Bakshi; U.A. Bakshi (2008). Electronic Measurement Systems. US: Technical Publications. pp. 4–14. ISBN 978-81-8431-206-5.[permanent dead link]
  11. ^ «Definition of SOUND». Retrieved 3 October 2016.
  12. ^ Pilhofer, Michael (2007). Music Theory for Dummies. For Dummies. p. 97. ISBN 978-0-470-16794-6.
  13. ^ Condon, Tim (2003). Elert, Glenn (ed.). «Frequency range of dog hearing». The Physics Factbook. Retrieved 2008-10-22.
  14. ^ Lombardi, Michael A. (2007). «Fundamentals of Time and Frequency». In Bishop, Robert H. (ed.). Mechatronic Systems, Sensors, and Actuators: Fundamentals and Modeling. Austin: CRC Press. ISBN 9781420009002.
  15. ^ Newell, David B; Tiesinga, Eite (2019). The international system of units (SI): (PDF) (Report). Gaithersburg, MD: National Institute of Standards and Technology. doi:10.6028/nist.sp.330-2019. sub§2.3.4, Table 4.

Sources[edit]

  • Davies, A. (1997). Handbook of Condition Monitoring: Techniques and Methodology. New York: Springer. ISBN 978-0-412-61320-3.
  • Serway, Raymond A.; Faughn, Jerry S. (1989). College Physics. London: Thomson/Brooks-Cole. ISBN 978-05344-0-814-5.
  • Young, Ian R. (1999). Wind Generated Ocean Waves. Elsevere Ocean Engineering. Vol. 2. Oxford: Elsevier. ISBN 978-0-08-043317-2.

Further reading[edit]

  • Giancoli, D.C. (1988). Physics for Scientists and Engineers (2nd ed.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-669201-0.

External links[edit]

  • Keyboard frequencies = naming of notes – The English and American system versus the German system
  • A frequency generator with sound, useful for hearing tests

From Wikipedia, the free encyclopedia

Frequency
ลูกตุ้มธรรมชาติ.gif

A pendulum making 25 complete oscillations in 60 s, a frequency of 0.416 Hz

Common symbols

f, ν
SI unit hertz (Hz)

Other units

  • cycle per second (cps)
  • revolution per minute (rpm or r/min)
In SI base units s−1

Derivations from
other quantities

  • f = 1 / T
Dimension {displaystyle {mathsf {T}}^{-1}}

Frequency is the number of occurrences of a repeating event per unit of time.[1] It is also occasionally referred to as temporal frequency for clarity, and is distinct from angular frequency. Frequency is measured in hertz (Hz) which is equal to one event per second. The period is the interval of time between events, so the period is the reciprocal of the frequency.[2]

For example, if a heart beats at a frequency of 120 times a minute (2 hertz), the period, T—the interval at which the beats repeat—is half a second (60 seconds divided by 120 beats). Frequency is an important parameter used in science and engineering to specify the rate of oscillatory and vibratory phenomena, such as mechanical vibrations, audio signals (sound), radio waves, and light.

Definitions and units[edit]

A pendulum with a period of 2.8 s and a frequency of 0.36 Hz

For cyclical phenomena such as oscillations, waves, or for examples of simple harmonic motion, the term frequency is defined as the number of cycles or vibrations per unit of time. The conventional symbol for frequency is f; the Greek letter ν (nu) is also used.[3] The period T is the time taken to complete one cycle of an oscillation or rotation. The relation between the frequency and the period is given by the equation[4]

{displaystyle f={frac {1}{T}}.}

The term temporal frequency is used to emphasise that the frequency is characterised by the number of occurrences of a repeating event per unit time.

The SI unit of frequency is the hertz (Hz),[4] named after the German physicist Heinrich Hertz by the International Electrotechnical Commission in 1930. It was adopted by the CGPM (Conférence générale des poids et mesures) in 1960, officially replacing the previous name, cycle per second (cps). The SI unit for the period, as for all measurements of time, is the second.[5] A traditional unit of frequency used with rotating mechanical devices, where it is termed rotational frequency, is revolution per minute, abbreviated r/min or rpm.[6] 60 rpm is equivalent to one hertz.[7]

Period versus frequency[edit]

As a matter of convenience, longer and slower waves, such as ocean surface waves, are more typically described by wave period rather than frequency.[8] Short and fast waves, like audio and radio, are usually described by their frequency. Some commonly used conversions are listed below:

Frequency Period
1 mHz (10−3 Hz) 1 ks (103 s)
1 Hz (100 Hz) 1 s (100 s)
1 kHz (103 Hz) 1 ms (10−3 s)
1 MHz (106 Hz) 1 μs (10−6 s)
1 GHz (109 Hz) 1 ns (10−9 s)
1 THz (1012 Hz) 1 ps (10−12 s)

[edit]

Diagram of the relationship between the different types of frequency and other wave properties.

  • Angular frequency, usually denoted by the Greek letter ω (omega), is defined as the rate of change of angular displacement (during rotation), θ (theta), or the rate of change of the phase of a sinusoidal waveform (notably in oscillations and waves), or as the rate of change of the argument to the sine function:

    {displaystyle y(t)=sin left(theta (t)right)=sin(omega t)=sin(2mathrm {pi } ft)}

    {displaystyle {frac {mathrm {d} theta }{mathrm {d} t}}=omega =2mathrm {pi } f.}

    The unit of angular frequency is the radian per second (rad/s) but, for discrete-time signals, can also be expressed as radians per sampling interval, which is a dimensionless quantity. Angular frequency is frequency multiplied by 2π.

  • Spatial frequency, denoted here by ξ, is analogous to temporal frequency, but with a spatial measurement replacing time measurement,[note 1] e.g.:

    {displaystyle y(t)=sin left(theta (t,x)right)=sin(omega t+kx)}

    {displaystyle {frac {mathrm {d} theta }{mathrm {d} x}}=k=2pi xi .}

In wave propagation [edit]

For periodic waves in nondispersive media (that is, media in which the wave speed is independent of frequency), frequency has an inverse relationship to the wavelength, λ (lambda). Even in dispersive media, the frequency f of a sinusoidal wave is equal to the phase velocity v of the wave divided by the wavelength λ of the wave:

{displaystyle f={frac {v}{lambda }}.}

In the special case of electromagnetic waves in vacuum, then v = c, where c is the speed of light in vacuum, and this expression becomes

{displaystyle f={frac {c}{lambda }}.}

When monochromatic waves travel from one medium to another, their frequency remains the same—only their wavelength and speed change.

Measurement[edit]

Measurement of frequency can be done in the following ways:

Counting[edit]

Calculating the frequency of a repeating event is accomplished by counting the number of times that event occurs within a specific time period, then dividing the count by the period. For example, if 71 events occur within 15 seconds the frequency is:

{displaystyle f={frac {71}{15,{text{s}}}}approx 4.73,{text{Hz}}.}

If the number of counts is not very large, it is more accurate to measure the time interval for a predetermined number of occurrences, rather than the number of occurrences within a specified time.[10] The latter method introduces a random error into the count of between zero and one count, so on average half a count. This is called gating error and causes an average error in the calculated frequency of {textstyle Delta f={frac {1}{2T_{text{m}}}}}, or a fractional error of {textstyle {frac {Delta f}{f}}={frac {1}{2fT_{text{m}}}}} where {displaystyle T_{text{m}}} is the timing interval and f is the measured frequency. This error decreases with frequency, so it is generally a problem at low frequencies where the number of counts N is small.

A resonant-reed frequency meter, an obsolete device used from about 1900 to the 1940s for measuring the frequency of alternating current. It consists of a strip of metal with reeds of graduated lengths, vibrated by an electromagnet. When the unknown frequency is applied to the electromagnet, the reed which is resonant at that frequency will vibrate with large amplitude, visible next to the scale.

Stroboscope[edit]

An old method of measuring the frequency of rotating or vibrating objects is to use a stroboscope. This is an intense repetitively flashing light (strobe light) whose frequency can be adjusted with a calibrated timing circuit. The strobe light is pointed at the rotating object and the frequency adjusted up and down. When the frequency of the strobe equals the frequency of the rotating or vibrating object, the object completes one cycle of oscillation and returns to its original position between the flashes of light, so when illuminated by the strobe the object appears stationary. Then the frequency can be read from the calibrated readout on the stroboscope. A downside of this method is that an object rotating at an integer multiple of the strobing frequency will also appear stationary.

Frequency counter[edit]

Higher frequencies are usually measured with a frequency counter. This is an electronic instrument which measures the frequency of an applied repetitive electronic signal and displays the result in hertz on a digital display. It uses digital logic to count the number of cycles during a time interval established by a precision quartz time base. Cyclic processes that are not electrical, such as the rotation rate of a shaft, mechanical vibrations, or sound waves, can be converted to a repetitive electronic signal by transducers and the signal applied to a frequency counter. As of 2018, frequency counters can cover the range up to about 100 GHz. This represents the limit of direct counting methods; frequencies above this must be measured by indirect methods.

Heterodyne methods[edit]

Above the range of frequency counters, frequencies of electromagnetic signals are often measured indirectly utilizing heterodyning (frequency conversion). A reference signal of a known frequency near the unknown frequency is mixed with the unknown frequency in a nonlinear mixing device such as a diode. This creates a heterodyne or «beat» signal at the difference between the two frequencies. If the two signals are close together in frequency the heterodyne is low enough to be measured by a frequency counter. This process only measures the difference between the unknown frequency and the reference frequency. To reach higher frequencies, several stages of heterodyning can be used. Current research is extending this method to infrared and light frequencies (optical heterodyne detection).

Examples[edit]

Light[edit]

Visible light is an electromagnetic wave, consisting of oscillating electric and magnetic fields traveling through space. The frequency of the wave determines its color: 400 THz (4×1014 Hz) is red light, 800 THz (8×1014 Hz) is violet light, and between these (in the range 400–800 THz) are all the other colors of the visible spectrum. An electromagnetic wave with a frequency less than 4×1014 Hz will be invisible to the human eye; such waves are called infrared (IR) radiation. At even lower frequency, the wave is called a microwave, and at still lower frequencies it is called a radio wave. Likewise, an electromagnetic wave with a frequency higher than 8×1014 Hz will also be invisible to the human eye; such waves are called ultraviolet (UV) radiation. Even higher-frequency waves are called X-rays, and higher still are gamma rays.

All of these waves, from the lowest-frequency radio waves to the highest-frequency gamma rays, are fundamentally the same, and they are all called electromagnetic radiation. They all travel through vacuum at the same speed (the speed of light), giving them wavelengths inversely proportional to their frequencies.

{displaystyle displaystyle c=flambda ,}

where c is the speed of light (c in vacuum or less in other media), f is the frequency and λ is the wavelength.

In dispersive media, such as glass, the speed depends somewhat on frequency, so the wavelength is not quite inversely proportional to frequency.

Sound[edit]

The sound wave spectrum, with rough guide of some applications

Sound propagates as mechanical vibration waves of pressure and displacement, in air or other substances.[11] In general, frequency components of a sound determine its «color», its timbre. When speaking about the frequency (in singular) of a sound, it means the property that most determines its pitch.[12]

The frequencies an ear can hear are limited to a specific range of frequencies. The audible frequency range for humans is typically given as being between about 20 Hz and 20,000 Hz (20 kHz), though the high frequency limit usually reduces with age. Other species have different hearing ranges. For example, some dog breeds can perceive vibrations up to 60,000 Hz.[13]

In many media, such as air, the speed of sound is approximately independent of frequency, so the wavelength of the sound waves (distance between repetitions) is approximately inversely proportional to frequency.

Line current[edit]

In Europe, Africa, Australia, southern South America, most of Asia, and Russia, the frequency of the alternating current in household electrical outlets is 50 Hz (close to the tone G), whereas in North America and northern South America, the frequency of the alternating current in household electrical outlets is 60 Hz (between the tones B♭ and B; that is, a minor third above the European frequency). The frequency of the ‘hum’ in an audio recording can show where the recording was made, in countries using a European, or an American, grid frequency.

Aperiodic frequency[edit]

Aperiodic frequency is the rate of incidence or occurrence of non-cyclic phenomena, including random processes such as radioactive decay. It is expressed with the unit of reciprocal second (s−1)[14] or, in the case of radioactivity, becquerels.[15]

It is defined as a ratio, f = N/T, involving the number of times an event happened (N) during a given time duration (T); it is a physical quantity of type temporal rate.

See also[edit]

  • Audio frequency
  • Bandwidth (signal processing)
  • Cutoff frequency
  • Downsampling
  • Electronic filter
  • Fourier analysis
  • Frequency band
  • Frequency converter
  • Frequency domain
  • Frequency distribution
  • Frequency extender
  • Frequency grid
  • Frequency modulation
  • Frequency spectrum
  • Interaction frequency
  • Least-squares spectral analysis
  • Natural frequency
  • Negative frequency
  • Periodicity (disambiguation)
  • Pink noise
  • Preselector
  • Radar signal characteristics
  • Signaling (telecommunications)
  • Spread spectrum
  • Spectral component
  • Transverter
  • Upsampling
  • Orders of magnitude (frequency)

Notes[edit]

  1. ^ The term spatial period, sometimes used in place of wavelength, analogously corresponds to the (temporal) period.[9]

References[edit]

  1. ^ «Definition of FREQUENCY». Retrieved 3 October 2016.
  2. ^ «Definition of PERIOD». Retrieved 3 October 2016.
  3. ^ Serway & Faughn 1989, p. 346.
  4. ^ a b Serway & Faughn 1989, p. 354.
  5. ^ «Resolution 12 of the 11th CGPM (1960)». BIPM (International Bureau of Weights and Measures). Archived from the original on 8 April 2020. Retrieved 21 January 2021.
  6. ^ «Special Publication 811: NIST Guide to the SI, Chapter 8». Nist. 28 January 2016. Retrieved 2022-11-08.
  7. ^ Davies 1997, p. 275.
  8. ^ Young 1999, p. 7.
  9. ^ Boreman, Glenn D. «Spatial Frequency». SPIE. Retrieved 22 January 2021.
  10. ^ Bakshi, K.A.; A.V. Bakshi; U.A. Bakshi (2008). Electronic Measurement Systems. US: Technical Publications. pp. 4–14. ISBN 978-81-8431-206-5.[permanent dead link]
  11. ^ «Definition of SOUND». Retrieved 3 October 2016.
  12. ^ Pilhofer, Michael (2007). Music Theory for Dummies. For Dummies. p. 97. ISBN 978-0-470-16794-6.
  13. ^ Condon, Tim (2003). Elert, Glenn (ed.). «Frequency range of dog hearing». The Physics Factbook. Retrieved 2008-10-22.
  14. ^ Lombardi, Michael A. (2007). «Fundamentals of Time and Frequency». In Bishop, Robert H. (ed.). Mechatronic Systems, Sensors, and Actuators: Fundamentals and Modeling. Austin: CRC Press. ISBN 9781420009002.
  15. ^ Newell, David B; Tiesinga, Eite (2019). The international system of units (SI): (PDF) (Report). Gaithersburg, MD: National Institute of Standards and Technology. doi:10.6028/nist.sp.330-2019. sub§2.3.4, Table 4.

Sources[edit]

  • Davies, A. (1997). Handbook of Condition Monitoring: Techniques and Methodology. New York: Springer. ISBN 978-0-412-61320-3.
  • Serway, Raymond A.; Faughn, Jerry S. (1989). College Physics. London: Thomson/Brooks-Cole. ISBN 978-05344-0-814-5.
  • Young, Ian R. (1999). Wind Generated Ocean Waves. Elsevere Ocean Engineering. Vol. 2. Oxford: Elsevier. ISBN 978-0-08-043317-2.

Further reading[edit]

  • Giancoli, D.C. (1988). Physics for Scientists and Engineers (2nd ed.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-669201-0.

External links[edit]

  • Keyboard frequencies = naming of notes – The English and American system versus the German system
  • A frequency generator with sound, useful for hearing tests

Понятие частоты и периода периодического сигнала. Единицы измерения. (10+)

Частота и период сигнала. Понятие. Единицы измерения

Материал является пояснением и дополнением к статье:

Единицы измерения физических величин в радиоэлектронике
Единицы измерения и соотношения физических величин, применяемых в радиотехника.

В природе нередко встречаются периодические процессы. Это означает, что какой-то параметр, характеризующий процесс, изменяется по периодическому закону, то есть верно равенство:

Определение частоты и периода

F(t) = F(t + T) (соотношение 1), где t — время, F(t) — значение параметра в момент времени t, а T — некая константа.

Понятно, что если верно предыдущее равенство, то верно и такое:

F(t) = F(t + 2T) Так что, если T — минимальное значение константы, при котором выполнено соотношение 1, то будем называть T периодом

В радиоэлектронике мы исследуем силу тока и напряжение, так что периодическими сигналами будем считать сигналы, для напряжения или силы тока в которых верно соотношение 1.

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости , чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. Обсуждение статьи.

Еще статьи

Генератор сигнала с переменной скважностью импульсов. Регулировка коэф…
Схема генератора и регулируемым коэффициентом заполнения импульсов, управляемого…

Ремонт импульсного источника питания. Отремонтировать блок питания или преобразо…

Мы повторили (собрали, наладили, настроили) резонансный фильтр высших…
Как собрать и наладить резонансный фильтр высших гармоник, чтобы на входе был ме…

Трансформатор розжига, поджига. Запальный блок. Искра, искровой разряд…
Схема самодельного трансформатора розжига, источника искр для горелки и не тольк…

Как сконструировать пуш-пульный импульсный преобразователь. В каких ситуациях пр…

Оригинальная схема генератора треугольных импульсов. Расчет.

Итак, прежде чем определить, в чем измеряется частота, важно понять, что же это такое? Мы не будем углубляться в сложные физические термины, но некоторые понятия из этой дисциплины нам все-таки понадобятся. Во-первых, понятие «частота» — может относиться только к какому либо периодическому процессу. То есть, это действие, которое постоянно повторяется во времени. Вращение Земли вокруг Солнца, сокращение сердца, смена дня и ночи – всё это происходит с определенной частотой. Во-вторых, свою частоту, или периодичность колебаний имеют явления, или предметы, которые нам, людям, могут казаться вполне статичными и неподвижными. Хороший пример этого – обыкновенный дневной свет. Мы не замечаем, какого либо его изменения, или мерцания, но он, всё-же, имеет свою частоту колебаний, поскольку представляет собой высокочастотные электромагнитные волны.

Единицы измерения

В чем измеряется частота, в каких единицах? Для низкочастотных процессов существуют свои, отдельные единицы. Например, в космических масштабах – галактический год (обращение Солнца вокруг центра Галактики), земной год, сутки и т.д. Понятно, что для измерения меньших величин, пользоваться такими единицами неудобно, поэтому в физике используется более универсальная величина «секунда в минус первой степени» (с -1). Возможно, вы никогда не слышали о подобной мере, и это не удивительно – она обычно применяется лишь в научной, или технической литературе.

К счастью для нас, в 1960-ом году, меру частоты колебаний назвали на честь немецкого физика Генриха Герца. Эта величина (герц, сокр. Гц) и используется нами сегодня. Обозначает она количество колебаний (импульсов, действий) совершаемых объектом в 1 секунду. По-сути, 1 Гц = 1 с -1 . Человеческое сердце, например, имеет частоту колебаний приблизительно 1 Гц, т.е. сокращается один раз в секунду. Частота процессора вашего компьютера, может быть, скажем, 1 гигагерц (1 млрд. герц) – это значит, что в нем происходит 1 миллиард каких-то действий в секунду.

Как измерить частоту?

Если говорить об измерении частот электрических колебаний, то первый прибор, с которым знаком каждый из нас – это наши собственные глаза. Благодаря тому, что наши глаза умеют измерять частоту, мы различаем цвета (напомним, что свет — это электромагнитные волны) – самые низкочастотные мы видим как красные, высокочастотные – это ближе к фиолетовому. Для измерения более низких (или более высоких частот), люди изобрели множество приборов.

Вообще, основных способов измерения частоты есть два: непосредственный подсчет импульсов в секунду, и сравнительный метод. Первый способ реализован в частотомерах (цифровых и аналоговых). Второй – в компараторах частот. Метод измерения с частотомером – проще, в то время как измерение компаратором – точнее. Одной из разновидностей сравнительного метода, является измерение частоты с помощью осциллографа (знаком нам по кабинетам физики еще со школы) и т.н. «фигур Лиссажу». Недостаток сравнительного метода – для измерения нужно два источника колебаний, и один из них должен иметь уже известную нам частоту. Надеемся, наше маленькое исследование было вам интересно!

– физическая величина, являющаяся основной характеристикой периодических процессов или процессов, происходящих по определенным закономерностям. Показывает количество полных колебаний (циклов) за единицу времени.

Колебания
– физические процессы, точно или приблизительно повторяющиеся через одинаковые интервалы времени. Колебания, в зависимости от физической природы, бывают двух основных типов: механические, электромагнитные. Иногда выделяют еще смешанный тип, который является комбинацией основных типов.

Типы колебаний

Механические колебания
— такие движения тел, при которых через равные интервалы времени координаты движущегося тела, его скорость и ускорение принимают исходные значения.

Электромагнитные
— взаимосвязанные колебания магнитного и электрического полей. Возникают в различного рода электрических цепях. Проявляются периодическим изменением во времени одной из электродинамических величин: электрического заряда, силы тока, напряжения, напряженности электрического поля, индукции магнитного поля. Описываются теми же законами, что и механические колебания. Получить данный вид колебаний экспериментально можно с помощью простейшего колебательного контура, включающего в себя катушку индуктивности и конденсатор.

По характеру взаимодействия с окружающей средой колебания подразделяют

Свободные
— колебания, происходящие в механической системе под действием внутренних сил системы после кратковременного воздействия внешней силы. Такие колебания называют затухающими.

Вынужденные
– колебания, возникающие под действием внешних сил, изменяющихся со временем по величине и направлению. Такие колебания называют незатухающими.

Автоколебания
— система изначально имеет запас потенциальной энергии, который и идет на совершение колебаний. Причем амплитуда (величина максимального отклонения от точки равновесия) не зависит от начальных условий, а определяется свойствами системы. Пример: колебательное движение маятника часов под действием тяжести гири или пружины, колебания листьев, веток деревьев под действием постоянного потока воздуха.Также определяют параметрические колебания (возникают при изменении одного из параметров системы) и случайные.

Величины, характеризующие колебания

Понятие «колебания» тесно связано с волнами. Но при колебательном движение, в отличие от волнового, отсутствует процесс переноса энергии из одной точки пространства в другую.

Основными характеристиками колебательного движения, как и волнового, являются период (Т), амплитуда (А) и частота(v
иногда f
). Причем период и частота величины взаимообратные – чем больше частота, тем меньше период: Т=1/v
. Период – это промежуток времени, за который совершается одно полное колебание (цикл), измеряется в секундах. Соответственно частота измеряется в (1/сек
).

Также единицей измерения частоты в международной метрической системе единиц Си с 1933 года является герц. Единица измерения названа в честь немецкого профессора физики Генриха Рудольфа Герца (1858-1894), который опытным путем, исследуя дифракцию, интерференцию, поляризацию и отражение, подтвердил существование электромагнитных волн. Доказал, что свет является разновидностью электромагнитных волн, чем обосновал существующую электромагнитную теорию света Максвелла. Также Герц занимался изучением электрических полей, возникающих вокруг движущихся тел. На основе наблюдений создал теорию, но опытного подтверждения она не получила. Исследования же внешнего фотоэффекта, проведенные Герцем, легли в основу дальнейших научных изысканий. Также для описания колебательных и волновых процессов используют циклическую частоту, фазу. Циклическая частота показывает количество полных колебаний за единицу времени, равную 2П (где П=3,14), а фаза – это величина смещения в любой, отдельно взятый, момент времени.

Нужно также отметить, что если колебания возможно описать по закону синуса или косинуса, то они являются гармоническими. Соответственно, в уравнении для математического описания обязательно присутствует функция sin или cos.

(лат. amplitude
— величина) — это наибольшее отклонение колеблющегося тела от положения равновесия.

Для маятника это максимальное расстояние, на которое удаляется ша-рик от своего положения равновесия (рисунок ниже). Для колебаний с малыми амплитудами за такое расстояние можно принимать как длину дуги 01 или 02, так и длины этих отрезков.

Амплитуда колебаний измеряется в единицах длины — метрах , санти-метрах и т. д. На графике колебаний амплитуда определяется как макси-мальная (по модулю) ордината синусоидальной кривой, (см. рис. ниже).

Период колебаний.

Период колебаний
— это наименьший промежуток времени, через который система, соверша-ющая колебания, снова возвращается в то же состояние, в котором она находилась в начальный момент времени, выбранный произвольно.

Другими словами, период колебаний (Т
) — это время, за которое совершается одно полное ко-лебание. Например, на рисунке ниже это время, за которое грузик маятника перемещается из крайней правой точки через точку равновесия О
в крайнюю левую точку и обратно через точку О
снова в крайнюю правую.

За полный период колебаний, таким образом, тело проходит путь, равный четы-рем амплитудам. Период колебаний измеряется в единицах времени — секундах , минутах и т. д. Период колебаний может быть определен по известному графику колебаний, (см. рис. ниже).

Понятие «период колебаний», строго говоря, справедливо, лишь когда значения колеблющей-ся величины точно повторяются через определенный промежуток времени, т. е. для гармоничес-ких колебаний. Однако это понятие применяется также и для случаев приблизительно повторяю-щихся величин, например, для затухающих колебаний
.

Частота колебаний.

Частота колебаний
— это число колебаний, совершаемых за единицу времени, например, за 1 с .

Единица частоты в СИ названа герцем
(Гц
) в честь немецкого физика Г. Герца (1857-1894). Если частота колебаний (v
) равна 1
Гц
, то это значит, что за каждую секунду совершается одно колебание. Частота и период колебаний связаны соотношениями:

В теории колебаний пользуются также понятием циклической
, или круговой частоты
ω
. Она связана с обычной частотой v
и периодом колебаний Т
соотношениями:

.

Циклическая частота
— это число колебаний, совершаемых за
секунд.

Время, в течение которого совершается одно полное изме­нение ЭДС, то есть один цикл колебания или один полный оборот радиуса-вектора, называется периодом колебания пере­менного тока
(рисунок 1).

Рисунок 1. Период и амплитуда синусоидального колебания.
Период — время одного колебания; Аплитуда — его наибольшее мгновенное значение.


Период выражают в секундах и обозначают буквой Т
.

Так же используются более мелкие единицы измерения периода это миллисекунда (мс)- одна тысячная секунды и микросекунда (мкс)- одна миллионная секунды.

1 мс =0,001сек =10 -3 сек.

1 мкс=0,001 мс = 0,000001сек =10 -6 сек.

1000 мкс = 1 мс.

Число полных изменений ЭДС или число оборотов ради­уса-вектора, то есть иначе говоря, число полных циклов колеба­ний, совершаемых переменным током в течение одной секунды, называется частотой колебаний переменного тока
.

Частота обо­значается буквой f

и выражается в периодах в секунду или в герцах.

Одна тысяча герц называется килогерцом (кГц), а миллион герц — мегагерцом (МГц). Существует так же единица гигагерц (ГГц) равная одной тысячи мегагерц.

1000 Гц = 10 3 Гц = 1 кГц;

1000 000 Гц = 10 6 Гц = 1000 кГц = 1 МГц;

1000 000 000 Гц = 10 9 Гц = 1000 000 кГц = 1000 МГц = 1 ГГц;

Чем быстрее происходит изменение ЭДС, то есть чем бы­стрее вращается радиус-вектор, тем меньше период колебания Чем быстрее вращается радиус-вектор, тем выше частота. Таким образом, частота и период переменного тока являются величинами, обратно пропорциональными друг другу. Чем больше одна из них, тем меньше другая.

Математическая связь между периодом и частотой переменного тока и напряжения выра­жается формулами

Например, если частота тока равна 50 Гц, то период будет равен:

Т = 1/f = 1/50 = 0,02 сек.

И наоборот, если известно, что период тока равен 0,02 сек, (T=0,02 сек.), то частота будет равна:

f = 1/T=1/0,02 = 100/2 = 50 Гц

Частота переменного тока, используемого для освещения и промышленных целей, как раз и равна 50 Гц.

Частоты от 20 до 20 000 Гц называются звуковыми часто­тами. Токи в антеннах радиостанций колеблются с частотами до 1 500 000 000 Гц или, иначе говоря, до 1 500 МГц или 1,5 ГГц. Такие вы­сокие частоты называются радиочастотами или колебаниями высокой частоты.

Наконец, токи в антеннах радиолокационных станций, станций спутниковой связи, других спецсистем (например ГЛАНАСС, GPS) колеблются с частотами до 40 000 МГц (40 ГГц) и выше.

Амплитуда переменного тока

Наибольшее значение, которого достигает ЭДС или сила тока за один период, называется амплитудой ЭДС или силы переменного тока
. Легко заметить, что амплитуда в масштабе равна длине радиуса-вектора. Амплитуды тока, ЭДС и напряжения обозначаются соответственно бук­вами Im, Em и Um

(рисунок 1).

Угловая (циклическая) частота переменного тока.

Скорость вращения радиуса-вектора, т. е. изменение ве­личины угла поворота в течение одной секунды, называется угловой (циклической) частотой переменного тока и обозначается греческой буквой ?

(оме­га). Угол поворота радиуса-вектора в любой данный момент относительно его начального положения измеряется обычно не в градусах, а в особых единицах — радианах.

Радианом называется угловая величина дуги окружности, длина которой равна радиусу этой окружности (рисунок 2). Вся окружность, составляющая 360°, равна 6,28 радиан, то есть 2.

Рисунок 2.

1рад = 360°/2

Следовательно, конец радиуса-вектора в течение одного периода пробегают путь, равный 6,28 радиан (2). Так как в тече­ние одной секунды радиус-вектор совершает число оборотов, равное частоте переменного тока f
, то за одну секунду его ко­нец пробегает путь, равный 6,28 * f
радиан. Это выражение, характеризующее скорость вращения радиуса-вектора, и будет угловой частотой переменного тока — ?
.

?
= 6,28*f = 2f

Угол поворота радиуса-вектора в любое данное мгновение относительно его начального положения называется фазой переменного тока
. Фаза характеризует величину ЭДС (или тока) в данное мгновение или, как говорят, мгновенное значение ЭДС, ее направление в цепи и направление ее изменения; фаза пока­зывает, убывает ли ЭДС или возрастает.

Рисунок 3.

Полный оборот радиуса-вектора равен 360°. С началом но­вого оборота радиуса-вектора изменение ЭДС происходит в том же порядке, что и в течение первого оборота. Следова­тельно, все фазы ЭДС будут повторяться в прежнем поряд­ке. Например, фаза ЭДС при повороте радиуса-вектора на угол в 370° будет такой же, как и при повороте на 10°. В обо­их этих случаях радиус-вектор занимает одинаковое положе­ние, и, следовательно, мгновенные значения ЭДС будут в обоих этих случаях одинаковыми по фазе.

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:

  • тела, подвешенного на пружине (двигающееся по направлению вверх-вниз);
  • груза на нитке;
  • электрического контура и других.

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.

Частота амплитуды

Это величина носит название амплитуды. Обозначается буквой А и измеряется в системе Си в метрах. Также для обозначения подобного движения применяются следующие термины:

Математический маятник

  • Время, за которое маятник приходит в одно и то же положение, называется периодом колебаний.
  • Количество колебаний в единицу времени представляет собой частоту. Она измеряется в Герцах (Гц). Имеет обратную зависимость от периода.
  • Циклическая частота колебаний (угловая, круговая) представляет собой количество колебаний за 2 π секунд. Обозначается греческой буквой омега. Она вводится для упрощения расчетов в теоретической физике и электронике. Единица измерения циклической частоты рад/с.
  • Если имеется два графика функций с одинаковой частотой, но сдвинуты относительно друг друга, то различна их фаза колебаний.

Выделяют понятие свободных колебаний. Когда системе, например, математическому маятнику, придают импульс, чтобы начать движение, дальнейшие его колебания (самостоятельные) будут считаться свободными.

[править] Спектр частот

Лучше частота определена для гармонических колебаний. Временную зависимость других периодических, но не гармонических, колебаний можно разложить в ряд Фурье, то есть выразить через сумму гармонических колебаний. В этой сумме будет составляющая с наименьшей, основной частотой, соответствующей периоду, и другие составляющие с частотами, кратными основной, обертоны. Совокупность этих частот называют частотным спектром периодического процесса.

Временную зависимость характеристик непериодических процессов можно представить в виде совокупности гармонических колебаний с помощью преобразования Фурье. В отличие от периодических процессов, частотный спектр непериодических процессов непрерывный, то есть непериодический процесс, является совокупностью бесчисленных гармонических колебаний.

В случае, когда в непрерывном спектре нельзя выделить отдельных сильных гармонических составляющих, процесс называют шумом. Тогда, когда амплитуды всех составляющих спектра примерно одинаковые, возникает белый шум.

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.

Формула расчетаколебаний

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:

α=x/l.

Второй закон ньютона

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

Таким образом: -gx/l=-(ω)^2x -> ω ^2=g/l.

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.

Маятник

Для рассмотрения базовых понятий колебательных процессов в качестве примера удобно взять маятник – подвешенную на тонкой легкой нити небольшую массу. Если ее качнуть, она начнет совершать равномерные движения.

Рис. 2. Колебания маятника.

Каждое движение маятника, начинающееся от крайней точки, и заканчивающееся в ней же, называется колебанием.

Пружинный маятник

Подобным термином называется система, в которой движения совершает груз, подвешенный на легкой пружине.

Пружинный маятник

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:

F=-kx.

Сила упругости достигает наибольшей величины в положении максимального отклонения тела (амплитуда, смещение) от равновесия. В этой точке наибольшую величину имеет и ускорение.

Формулы расчета

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.

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Частота» в других словарях:

ЧАСТОТА — (1) количество повторений периодического явления за единицу времени; (2) Ч. боковая частота, большая или меньшая несущей частоты высокочастотного генератора, возникающая при (см.); (3) Ч. вращения величина, равная отношению числа оборотов… … Большая политехническая энциклопедия

Частота — ионная плазменная частота – частота электростатических колебаний, которые можно наблюдать в плазме, электронная температура которой значительно превышает температуру ионов; эта частота зависит от концентрации, заряда и массы ионов плазмы.… … Термины атомной энергетики

ЧАСТОТА — ЧАСТОТА, частоты, мн. (спец.) частоты, частот, жен. (книжн.). 1. только ед. отвлеч. сущ. к частый. Частота случаев. Частота ритма. Повышение частоты пульса. Частота тока. 2. Величина, выражающая ту или иную степень какого нибудь частого движения … Толковый словарь Ушакова

частота — ы; частоты; ж. 1. к Частый (1 зн.). Следить за частотой повторения ходов. Необходимая ч. посадки картофеля. Обратить внимание на частоту пульса. 2. Число повторений одинаковых движений, колебаний в какую л. единицу времени. Ч. вращения колеса. Ч … Энциклопедический словарь

ЧАСТОТА — (Frequency) число периодов в одну секунду. Частота величина, обратная периоду колебаний; напр. если частота переменного тока f = 50 колебаниям в сек. (50 Н), то период Т = 1/50 сек. Частота измеряется в герцах. При характеристике излучения… … Морской словарь

частота — гармоника, колебание Словарь русских синонимов. частота сущ. • густота • плотность (о растительности)) Словарь русских синонимов. Контекст 5.0 Информатик. 2012 … Словарь синонимов

частота — появления случайного события – это отношение m/n числа m появлений этого события в данной последовательности испытаний (его встречаемость) к общему числу n испытаний. Термин частота используется также в значении встречаемость. В старинной книжке… … Словарь социологической статистики

Явление резонанса

Резонанс

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.

Значение слова частота

Примеры употребления слова частота в литературе.

Так, характеру распространения и использования охраняемых объектов в условиях компьютерной сети более соответствует выплата вознаграждения, пропорционального полученному доходу либо частоте и времени использования, чем традиционные авторские правомочия.
Консервативные методы часто помогают, а частота положительных эффектов прямо связана со степенью аденоидов, что, впрочем, вполне очевидно: чем меньше глоточная миндалина, тем легче получить эффект без помощи операции.

При свете раннего солнца город был похож на огромный ящик с сокровищами, обитый черным и серым бархатом пепелищ и наполненный миллионами сверкающих драгоценных камней: осколками аккумуляторов, амперметров, анализаторов, батарей, библиотечных автоматов, бутылок, банкнотов, бобин, вентиляторов, генераторов, громкоговорителей, динамо-машин, динамометров, детекторов, калориметров, конденсаторов, копилок, консервных автоматов, вакуумных установок, изоляторов, ламп, магнето, массспектрометров, масштабных линеек, машин по учету личного состава, моек для посуды, мотогенераторов, моторов, механических уборщиков, осциллографов, очистителей, записывающих устройств, напильников, колосников, обогревателей, панелей управления, понижающих трансформаторов, прерывателей, преобразователей, приводных ремней, потенциометров, пылеулавливателей, резцов, распылителей, регуляторов частоты, радиоприемников, реакторов, реле, реостатов, рентгеновских установок, сварочных аппаратов, счетных машин, счетчиков Гейгера, светофоров, сопротив

Отсюда частота осложнений, вызванных уже не вирусами, а бактериями — возможны и высоко вероятны ангина, отит, воспаление легких.

Мы рассчитывали достичь Баш Купрюка — места нашего прежнего лагеря до наступления темноты, но та частота, с которой мы навьючивали и развьючивали наших пони между валунами хребта Арасунд, воспрепятствовала осуществлению этого желания.

Этот вывод, однако, не решает вопроса о частоте космического биогенеза и биоэволюции.

По оборудованию лабораторий он заключил, что в последнее время Джим Баткинс должен был заниматься без малого дюжиной областей науки, и он задал себе вопрос, не было ли это нечто большее, чем баловство, физика, химия, физиология, биохимия, бионика, физика высоких частот, электронно-вычислительная техника — как мог одиночка успешно работать во всех этих отраслях, где и поныне еще малейший прогресс в какой-нибудь частичной проблеме был немыслим без совместных усилий целой группы ученых?

Дело в том, что биотоки спящего мозга представляют собой периодически колебания с определенной частотой.

Точнее говоря, ваши биотоки, разложенные на гармонические составляющие, будут модулировать несущую частоту радиоволны, на которой между вами будет осуществляться связь, и вызывать в мозгу мистера Фауста точно такие же ощущения, какие будете испытывать вы.

Когда богомол уходил, эти голоса начинали кликушествовать в сознании, притягивали к себе внимание, перекидывали его друг другу по эстафете и вскоре достигали такой частоты и густоты, что накладывались друг на друга, уплотнялись и превращались в подобие таза, которым кто-то накрывал ее голову.

За прошедшие сутки Антон привык к усиленному и непрерывному боданию, а потому не выдержал вынужденного бездействия и стал прослушивать все частоты подряд.

В пакете, присланном из Института поверхности, и в самом деле оказалось интересное сообщение: диапазон частот, повлиявший на установку в Бондарном переулке, был уточнен.

А вот воздух из зараженных помещений, прежде чем покинуть здание, проходил через сложнейшую систему очистки и подвергался исключительно мощному ультрафиолетовому облучению, поскольку было известно, что при такой частоте вирусы Эбола гарантированно гибнут.

А из Индии было получено сообщение, что были излечены витилиго и другие непроходящие состояния путем использования этого нозода в очень высоких потенциях и частотой приема до трех раз в день в течение месяца непрерывно!

В Интеллектуальной сфере нейтрино высокого измерения развитие Интеллектуальных сфер нейтрино низких измерений идет медленно, поскольку увеличение их объема инициируется гравитационными волнами низкой частоты Центральных нейтрино.

Источник: библиотека Максима Мошкова

Колебательный контур

Является еще одним примером колебаний, на котором основаны все радиоприемники. Контур играет роль приемника сигнала.

Колебательный контур

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.

Колебательный контур с резистором

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.

Как измерить частоту?

Если говорить об измерении частот электрических колебаний, то первый прибор, с которым знаком каждый из нас – это наши собственные глаза. Благодаря тому, что наши глаза умеют измерять частоту, мы различаем цвета (напомним, что свет — это электромагнитные волны) – самые низкочастотные мы видим как красные, высокочастотные – это ближе к фиолетовому. Для измерения более низких (или более высоких частот), люди изобрели множество приборов.

Вообще, основных способов измерения частоты есть два: непосредственный подсчет импульсов в секунду, и сравнительный метод. Первый способ реализован в частотомерах (цифровых и аналоговых). Второй – в компараторах частот. Метод измерения с частотомером – проще, в то время как измерение компаратором – точнее. Одной из разновидностей сравнительного метода, является измерение частоты с помощью осциллографа (знаком нам по кабинетам физики еще со школы) и т.н. «фигур Лиссажу». Недостаток сравнительного метода – для измерения нужно два источника колебаний, и один из них должен иметь уже известную нам частоту. Надеемся, наше маленькое исследование было вам интересно!

Частота
nu = frac{n}{t}
Единицы измерения
СИ

Гц

Чaстота́ — физическая величина, характеристика периодического процесса, равная числу полных циклов процесса, совершённых за единицу времени. Стандартные обозначения в формулах — ~{nu}, ~f, ~{omega} или ~F. Единицей частоты в Международной системе единиц (СИ) в общем случае является герц (Гц, Hz). Величина, обратная частоте, называется периодом. Частота, как и время, является одной из наиболее точно измеряемых физических величин: до относительной точности 10−17[1].

В природе известны периодические процессы с частотами от ~10−16 Гц (частота обращения Солнца вокруг центра Галактики) до ~1035 Гц (частота колебаний поля, характерная для наиболее высокоэнергичных космических лучей).

В квантовой механике частота колебаний волновой функции квантовомеханического состояния имеет физический смысл энергии этого состояния, в связи с чем система единиц часто выбирается таким образом, что частота и энергия выражаются в одних и тех же единицах (иными словами, переводный коэффициент между частотой и энергией — постоянная Планка в формуле E = hν — выбирается равным 1).

Глаз человека чувствителен к электромагнитным волнам с частотами от 4·1014 до 8·1014 Гц (видимый свет); частота колебаний определяет цвет наблюдаемого света. Слуховой анализатор человека воспринимает акустические волны с частотами от 20 Гц до 20 кГц. У различных животных частотные диапазоны чувствительности к оптическим и акустическим колебаниям различны.

Отношения частот звуковых колебаний выражаются с помощью музыкальных интервалов, таких как октава, терция, квинта и т. п.. Интервал в одну октаву между частотами звуков означает, что эти частоты отличаются в 2 раза. Кроме того, для описания частотных интервалов используется декада — интервал между частотами, отличающимися в 10 раз. Так, диапазон звуковой чувствительности человека составляет 3 декады (20 Гц — 20 000 Гц).

Содержание

  • 1 Мгновенная частота и частоты спектральных составляющих
  • 2 Циклическая частота
  • 3 Частота дискретных событий
  • 4 Частота вращения
  • 5 Другие величины, связанные с частотой
  • 6 Метрологические аспекты
    • 6.1 Измерения
    • 6.2 Эталоны
  • 7 См. также
  • 8 Примечания
  • 9 Литература
  • 10 Ссылки

Мгновенная частота и частоты спектральных составляющих

Периодический сигнал характеризуется мгновенной частотой, являющейся скоростью изменения фазы, но тот же сигнал можно представить в виде суммы гармонических спектральных составляющих, имеющих свои (постоянные) частоты. Свойства мгновенной частоты и частоты спектральной составляющей различны, подробнее об этом можно прочитать, например, в книге Финка «Сигналы, помехи, ошибки»[2].

Циклическая частота

В теории электромагнетизма, теоретической физике, а также в некоторых прикладных электрорадиотехнических расчётах удобно использовать дополнительную величину — циклическую (круговую, радиальную, угловую) частоту (обозначается ~ {omega}). Циклическая частота связана с частотой колебаний соотношением ~omega = 2pi f. В математическом смысле циклическая частота — это первая производная полной фазы колебаний по времени. Единица циклической частоты — радиан в секунду (рад/с, rad/s) .

Численно циклическая частота равна числу циклов (колебаний, оборотов) за 2π секунд. Введение циклической частоты (в её основной размерности — радианах в секунду) позволяет упростить многие формулы в теоретической физике и электронике. Так, резонансная циклическая частота колебательного LC-контура равна ~~omega_{LC} = 1/sqrt{LC}, тогда как обычная резонансная частота ~~f_{LC} = 1/(2pisqrt{LC}). В то же время ряд других формул усложняется. Решающим соображением в пользу циклической частоты стало то, что множители 2π и 1/(2π), появляющиеся во многих формулах при использовании радианов для измерения углов и фаз, исчезают при введении циклической частоты.

В механике при рассмотрении вращательного движения аналогом циклической частоты служит угловая скорость.

Частота дискретных событий

Частота дискретных событий (частота импульсов) — физическая величина, равная числу дискретных событий, происходящих за единицу времени. Единица частоты дискретных событий секунда в минус первой степени (с−1, s−1), однако на практике для выражения частоты импульсов обычно используют герц.

Частота вращения

Частота вращения — это физическая величина, равная числу полных оборотов за единицу времени. Единица частоты вращения — секунда в минус первой степени (с−1, s−1), оборот в секунду. Часто используются такие единицы, как оборот в минуту, оборот в час и т. д.

Другие величины, связанные с частотой

Метрологические аспекты

Измерения

  • Для измерения частоты применяются частотомеры разных видов, в том числе: для измерения частоты импульсов — электронно-счётные и конденсаторные, для определения частот спектральных составляющих — резонансные и гетеродинные частотомеры, а также анализаторы спектра.
  • Для воспроизведения частоты с заданной точностью используют различные меры — стандарты частоты (высокая точность), синтезаторы частот, генераторы сигналов и др.
  • Сравнивают частоты компаратором частоты или с помощью осциллографа по фигурам Лиссажу.

Эталоны

  • Государственный первичный эталон единиц времени, частоты и национальной шкалы времени ГЭТ 1-98 — находится во ВНИИФТРИ
  • Вторичный эталон единицы времени и частоты ВЭТ 1-10-82 — находится в СНИИМ (Новосибирск)

См. также

  • Частоты
  • Спектр
  • Диапазон частот
  • Частотомер
  • Амплитудно-частотная характеристика
  • Автоматическая подстройка частоты

Примечания

  1. Поставлен новый рекорд точности атомных часов. Membrana (5 февраля 2010). Архивировано из первоисточника 9 февраля 2012. Проверено 4 марта 2011.
  2. Финк Л. М. Сигналы, помехи, ошибки… Заметки о некоторых неожиданностях, парадоксах и заблуждениях в теории связи. — М.: Радио и связь, 1978, 1984.

Литература

  • Финк Л. М. Сигналы, помехи, ошибки…  — М.: Радио и связь, 1984
  • Единицы физических величин. Бурдун Г. Д., Базакуца В. А. — Харьков: Вища школа, 1984
  • Справочник по физике. Яворский Б. М., Детлаф А. А. — М.: Наука, 1981

Ссылки

  • Радиотехнические цепи и Сигналы
  • Очерк А. Б. Сергиенко «Аналоговая модуляция»
  • Сигналы и линейные системы
  • ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАДИОТЕХНИКИ

Значение слова «ЧАСТОТА КОЛЕБАНИЙ» найдено в 31 источнике

ЧАСТОТА КОЛЕБАНИЙ

        число полных колебаний (См. Колебания)в единицу времени. Для гармонических колебаний Ч. к. f = 1/T, где Т — период колебаний. Единица Ч. к. — одно колебание в секунду, или Герц. Часто пользуются величиной ω = 2πf, которая называется циклической или круговой частотой.

число колебаний в единицу времени

(Болгарский язык; Български) — честота на трептенията

(Чешский язык; Čeština) — frekvence kmitů; kmitočet

(Немецкий язык; Deutsch) — Schwingungsfrequenz

(Венгерский язык; Magyar) — rezgésszám

(Монгольский язык) — хэлбэлзлийн давтамж

(Польский язык; Polska) — częstotliwość drgań

(Румынский язык; Român) — frecvenţă a oscilaţiilor

(Сербско-хорватский язык; Српски језик; Hrvatski jezik) — frekvencija oscilacija

(Испанский язык; Español) — frecuencia de las oscilaciones

(Английский язык; English) — frequency of oscillations

(Французский язык; Français) — fréquence des oscillations

Источник: Терминологический словарь по строительству на 12 языках

ЧАСТОТА КОЛЕБАНИЙ —
число колебаний в единицу времени

(Болгарский язык; Български) — честота на трептенията

(Чешский язык; Čeština) — frekvence kmitů; kmitočet

(Немецкий язык; Deutsch) — Schwingungsfrequenz

(Венгерский язык; Magyar) — rezgésszám

(Монгольский язык) — хэлбэлзлийн давтамж

(Польский язык; Polska) — częstotliwość drgań

(Румынский язык; Român) — frecvenţă a oscilaţiilor

(Сербско-хорватский язык; Српски језик; Hrvatski jezik) — frekvencija oscilacija

(Испанский язык; Español) — frecuencia de las oscilaciones

(Английский язык; English) — frequency of oscillations

(Французский язык; Français) — fréquence des oscillations

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 величина w=2pf, наз. циклической или круговой частотой. В случае гармонич. волновых процессов

u(x, t)=Acos(wt± kx),

где А — амплитуда колебаний, t — время, х — координата. Круговая Ч. к. связана с волновым числом k и фазовой скоростью v соотношением w=kv.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия..1983.

ЧАСТОТА КОЛЕБАНИЙ, число колебаний в 1 с. Обозначается f или ?. Если T — период от колебаний, то f = 1/T; измеряется в герцах (Гц). Угловая частота колебаний ??= 2?f = 2?/T рад/с.

число колебаний в 1 с. Обозначается f или v . Если Т — период колебаний, то f= 1/Т; измеряется в герцах (Гц). Угловая Ч. к. w = 2ПИf=2ПИ/T рад/с.

ЧАСТОТА КОЛЕБАНИЙ — число колебаний в 1 с. Обозначается f или ?. Если T — период от колебаний, то f = 1/T; измеряется в герцах (Гц). Угловая частота колебаний ??= 2?f = 2?/T рад/с.

ЧАСТОТА КОЛЕБАНИЙ , число колебаний в 1 с. Обозначается f или ?. Если T — период от колебаний, то f = 1/T; измеряется в герцах (Гц). Угловая частота колебаний ??= 2?f = 2?/T рад/с.

ЧАСТОТА КОЛЕБАНИЙ, число колебаний в 1 с. Обозначается f или ?. Если T — период от колебаний, то f = 1/T; измеряется в герцах (Гц). Угловая частота колебаний ??= 2?f = 2?/T рад/с.

vibration(al) frequency

* * *

oscilation frequency

frequenza di oscillazione; frequenza di vibrazioni

• frekvence kmitů

• kmitočet

• kmitočet oscilací

oscillation frequency, vibration frequency

oscillation frequency; vibration frequency

Schwingungsfrequenz, Schwingungszahl

vibration frequency, vibration rate

oscillation [vibration] frequency

frecuencia de oscilaciones
частота колебаний, основная

frequency of oscillations

Амплитуда

Примеры движения

Колебательное движение является одним из наиболее распространенных в природе. Например, можно представить себе струны музыкальных инструментов, качели или голосовые связки человека.

Маятник в физике

В физике колебаниями называются процессы, которые повторяются через равные промежутки времени. Подобные движения рассматривается посредством нескольких моделей:

  • тела, подвешенного на пружине (двигающееся по направлению вверх-вниз);
  • груза на нитке;
  • электрического контура и других.

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.

Частота амплитуды

Это величина носит название амплитуды. Обозначается буквой А и измеряется в системе Си в метрах. Также для обозначения подобного движения применяются следующие термины:

Математический маятник

  • Время, за которое маятник приходит в одно и то же положение, называется периодом колебаний.
  • Количество колебаний в единицу времени представляет собой частоту. Она измеряется в Герцах (Гц). Имеет обратную зависимость от периода.
  • Циклическая частота колебаний (угловая, круговая) представляет собой количество колебаний за 2 π секунд. Обозначается греческой буквой омега. Она вводится для упрощения расчетов в теоретической физике и электронике. Единица измерения циклической частоты рад/с.
  • Если имеется два графика функций с одинаковой частотой, но сдвинуты относительно друг друга, то различна их фаза колебаний.

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.

Формула расчетаколебаний

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:

α=x/l.

Второй закон ньютона

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

Таким образом: -gx/l=-(ω)^2x -> ω ^2=g/l.

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.

Пружинный маятник

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:

F=-kx.

Сила упругости достигает наибольшей величины в положении максимального отклонения тела (амплитуда, смещение) от равновесия. В этой точке наибольшую величину имеет и ускорение.

Формулы расчета

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

Резонанс

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.

Колебательный контур

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.

Колебательный контур с резистором

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

Таблица электромагнитных волн в физике

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.

Примеры частоты и длинны электромагнитных волн волн

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.

Частота в физике, теория и онлайн калькуляторы

Частота

Определение частоты

Определение

Частотой называют физическую величину, характеризующую периодический процесс.

Она равна числу повторений или реализации событий за единицу времени. Обозначают частоту $nu ,$ могут встречаться другие варианты обозначений частоты, например $f$ или $F$.

Частота (наряду со временем) — это наиболее точно измеряемая величина.

Частота колебаний

Частота служит одним из основных параметров, характеризующих колебания.

Определение

Частота — это физическая величина обратная периоду колебаний (T). Частота — это число полных колебаний, которые совершаются за
единицу времени.

[nu =frac{1}{T}left(1right).]

В Международной системе единиц (СИ) частота измеряется в герцах или обратных секундах:

[left[nu right]=с^{-1}=Гц.]

Герц — единица измерения частоты периодического процесса, при которой за время в одну секунду протекает один цикл процесса. Единица измерения частоты периодического процесса получила свое наименование в честь немецкого ученого Г. Герца.

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:

[{nu =nu }_1- {nu }_2left(2right).]

Другой характеристикой колебаний является циклическая частота, которая равна:

[{omega }_0=2pi nu left(3right).]

Циклическая частота измеряется в радианах, деленных на секунду:

[left[{omega }_0right]=frac{рад}{с}.]

Частота колебаний тела, массой$ m,$ подвешенного на пружине с жесткостью $k$ равна:

[nu =frac{1}{2pi sqrt{{m}/{k}}}left(4right).]

Выражение (4) выполняется для упругих, малых колебаний. Масса пружины должна быть мала в сравнении с массой тела.

Частота колебаний математического маятника, длина нити которого $l$:

[nu =frac{1}{2pi sqrt{{l}/{g}}}left(5right),]

где $g$ — ускорение свободного падения.

Частота колебаний физического маятника:

[nu =frac{1}{2pi sqrt{{J}/{mgd}}}left(6right),]

где $J$ — момент инерции тела, совершающего колебания относительно оси; $d$ — расстояние от центра масс маятника до оси колебаний.

Формулы (4) — (6) приближенные. Чем меньше амплитуда колебаний, тем точнее результаты дают эти формулы.

Частота дискретных событий, частота вращения

Определение

Частотой дискретных колебаний ($n$) — называют физическую величину, которая равна количеству действий (событий) в единицу времени.

Если время, которое занимает одно событие обозначить как $tau $, то частота дискретных событий равна:

[n=frac{1}{tau }left(7right).]

Единицей измерения частоты дискретных событий является обратная секунда:

[left[nright]=frac{1}{с}.]

Секунда в минус первой степени равна частоте дискретных событий, если за время, равное одной секунде происходит одно событие.

Частотой вращения ($n$) — называют величину, равную количеству полных оборотов, которое совершает тело в единицу времени. Если $tau $ — время, затрачиваемое на один полный оборот, то:

[n=frac{1}{tau }left(8right).]

Примеры задач с решением

Пример 1

Задание. Частица совершает гармонические колебания, которые описывает следующий закон: $x=6{sin left(frac{pi }{4}t+frac{pi }{3}right) }(м)$. Какова частота этих колебаний?

Решение. Рассмотрим уравнение движения частицы:

[x=6{sin left(frac{pi }{4}t+frac{pi }{3}right)left(1.1right). }]

Из этого уравнения мы видим, что амплитуда колебаний точки равна: $x_m=6 left(мright);;$ циклическая частота колебаний равна ${omega }_0=frac{pi }{4}(frac{рад}{с})$; начальная фаза колебаний: ${varphi }_0=frac{pi }{3}(рад)$. Частоту найдем, используя формулу:

[{omega }_0=2pi nu left(1.2right),]

из которой имеем:

[nu =frac{{omega }_0}{2pi }left(1.3right).]

Подставим значение циклической частоты, полученное из уравнения (1.1) в формулу (1.3), получаем:

[nu =frac{frac{pi }{4}}{2pi }=frac{1}{8} left(Гцright).]

Ответ. $nu =frac{1}{8}Гц$

Пример 2

Задание. К упругой пружине прикрепили маленький груз, при этом она растянулась на $Delta x$ (м). Какой будет частота колебаний грузика, если он будет совершать свободные колебания? Затуханием колебаний пренебречь.

Решение. Сделаем рисунок.

Частота, рисунок 2

В нашей задаче мы имеем колебания пружинного маятника, частоту которого можно найти как:

[nu =frac{1}{2pi sqrt{{m}/{k}}}left(2.1right).]

Рассмотрим состояние равновесия тела, которое прикреплено к пружине (рис.1). Запишем второй закон Ньютона для сил, действующих на это тело в состоянии равновесия:

[moverline{g}+{overline{F}}_u=0 left(2.2right).]

Запишем проекцию уравнения (2.2) на ось Y:

[F_u=mgleft(2.3right).]

Так как колебания груза на пружине малые, то выполняется закон Гука и мы можем считать, что:

[F_u=kDelta x left(2.4right).]

Из (2.3) и (2.4) найдем отношение ${m}/{k}:$

[mg=kDelta x to {m}/{k}={Delta x}/{g}left(2.5right).]

Подставим полученный в (2.5) результат в (1.1), частота колебаний тела на пружине равна:

[nu =frac{1}{2pi sqrt{{Delta x}/{g}}}.]

Ответ. $nu =frac{1}{2pi sqrt{{Delta x}/{g}}}$

Читать дальше: эффект Доплера.

236

проверенных автора готовы помочь в написании работы любой сложности

Мы помогли уже 4 396 ученикам и студентам сдать работы от решения задач до дипломных на отлично! Узнай стоимость своей работы за 15 минут!

Понравилась статья? Поделить с друзьями:
  • Как правильно пишется частокол
  • Как правильно пишется ценные бумаги
  • Как правильно пишется чередовать
  • Как правильно пишется частный или частный
  • Как правильно пишется ценник или ценник