Częstotliwość podstawowa a częstotliwość naturalna
Częstotliwość naturalna i częstotliwość podstawowa to dwa bardzo ważne zjawiska związane z falami. Zjawiska te mają ogromne znaczenie w takich dziedzinach jak muzyka, technologie budowlane, zapobieganie katastrofom, akustyka i większość analiz systemów przyrodniczych. Aby osiągnąć sukces w takich dziedzinach, niezbędne jest jasne zrozumienie tych pojęć. W tym artykule omówimy, czym jest częstotliwość podstawowa i częstotliwość drgań własnych, ich definicje, zastosowania, zjawiska związane z częstotliwością drgań własnych i częstotliwością podstawową, ich podobieństwa i wreszcie różnice między częstotliwością własną a częstotliwością podstawową.
Co to jest częstotliwość naturalna?
Każdy system ma właściwość zwaną częstotliwością naturalną. System będzie podążał za tą częstotliwością, jeśli system ma mieć niewielkie oscylacje. Bardzo ważna jest częstotliwość drgań własnych systemu. Zdarzenia takie jak trzęsienia ziemi i wiatry mogą niszczyć obiekty z taką samą częstotliwością naturalną, jak samo zdarzenie. Bardzo ważne jest, aby zrozumieć i zmierzyć częstotliwość naturalną systemu, aby chronić go przed takimi klęskami żywiołowymi. Częstotliwość drgań własnych jest bezpośrednio związana z rezonansem. Gdy system (np. wahadło) zostanie poddany niewielkim wahaniom, zacznie się kołysać. Częstotliwość, z jaką się kołysze, jest naturalną częstotliwością systemu. Teraz wyobraź sobie okresową siłę zewnętrzną przykładaną do systemu. Częstotliwość tej siły zewnętrznej niekoniecznie musi być podobna do częstotliwości drgań własnych systemu. Ta siła będzie próbowała oscylować system do częstotliwości siły. Tworzy to nierówny wzór. Część energii z siły zewnętrznej jest pochłaniana przez system. Rozważmy teraz przypadek, w którym częstotliwości są takie same. W takim przypadku wahadło będzie się swobodnie kołysać przy maksymalnej energii pochłoniętej od siły zewnętrznej. Nazywa się to rezonansem. Systemy takie jak budynki, obwody elektroniczne i elektryczne, systemy optyczne, systemy dźwiękowe, a nawet systemy biologiczne mają naturalne częstotliwości. Mogą mieć postać impedancji, oscylacji lub superpozycji, w zależności od systemu.
Co to jest częstotliwość podstawowa?
Częstotliwość podstawowa to pojęcie omawiane w falach stojących. Wyobraź sobie dwie identyczne fale, które poruszają się w przeciwnych kierunkach. Kiedy te dwie fale się spotykają, rezultat nazywa się falą stojącą. Równanie fali biegnącej w kierunku +x to y=A sin (ωt – kx), a równanie dla podobnej fali biegnącej w kierunku -x to y=A sin (ωt + kx). Zgodnie z zasadą superpozycji wynikowy przebieg z nakładania się tych dwóch to y=2A sin (kx) cos (ωt). To jest równanie fali stojącej. „x” oznacza odległość od źródła; dla danej wartości x 2A sin (kx) staje się stałą. Sin (kx) waha się od -1 do +1. Dlatego maksymalna amplituda układu wynosi 2A. Częstotliwość podstawowa jest właściwością systemu. Przy częstotliwości podstawowej dwa końce systemu nie oscylują i są znane jako węzły. Środek systemu oscyluje z maksymalną amplitudą i jest znany jako antywęzeł.
Jaka jest różnica między częstotliwością własną a częstotliwością podstawową?
• Częstotliwość drgań własnych to właściwość, która dotyczy oscylacji, ale częstotliwość podstawowa dotyczy fal.
• Każdy system ma częstotliwość własną, ale częstotliwość podstawowa występuje tylko w niektórych systemach.
• Dla częstotliwości podstawowej wymagana jest superpozycja dwóch identycznych fal w przeciwnych kierunkach, ale dla częstotliwości naturalnej wymagana jest tylko jedna oscylacja.
