Amplituda a częstotliwość
Amplituda i częstotliwość to dwie podstawowe właściwości ruchów okresowych. Właściwe zrozumienie tych pojęć jest wymagane w badaniu ruchów, takich jak proste ruchy harmoniczne i tłumione ruchy harmoniczne. W tym artykule omówimy, czym są częstotliwość i amplituda, ich definicje, pomiar i zależności amplitudy i częstotliwości, a na koniec różnica między amplitudą a częstotliwością.
Częstotliwość
Częstotliwość to pojęcie omawiane w okresowych ruchach obiektów. Aby zrozumieć pojęcie częstotliwości, wymagane jest właściwe zrozumienie ruchów okresowych. Za ruch okresowy można uznać każdy ruch, który powtarza się w ustalonym okresie czasu. Planeta krążąca wokół Słońca jest ruchem okresowym. Satelita krążący wokół Ziemi jest ruchem okresowym, nawet ruch balansu jest ruchem okresowym. Większość napotykanych przez nas ruchów okresowych ma charakter kołowy, liniowy lub półkolisty. Ruch okresowy ma częstotliwość. Częstotliwość oznacza, jak „częste” jest zdarzenie. Dla uproszczenia przyjmujemy częstotliwość jako liczbę wystąpień na sekundę. Ruchy okresowe mogą być jednorodne lub niejednorodne. Mundur może mieć jednakową prędkość kątową. Funkcje takie jak modulacja amplitudy mogą mieć podwójne okresy. Są to funkcje okresowe zawarte w innych funkcjach okresowych. Odwrotność częstotliwości ruchu okresowego daje czas na okres. Proste ruchy harmoniczne i tłumione ruchy harmoniczne są również ruchami okresowymi. Tym samym częstotliwość ruchu okresowego można również uzyskać z różnicy czasu między dwoma podobnymi zdarzeniami. Częstotliwość wahadła prostego zależy tylko od długości wahadła i przyspieszenia grawitacyjnego dla małych oscylacji.
Amplituda
Amplituda jest również bardzo ważną właściwością ruchu okresowego. Aby zrozumieć pojęcie amplitudy, należy zrozumieć właściwości ruchów harmonicznych. Prosty ruch harmoniczny to ruch taki, że zależność między przemieszczeniem a prędkością przyjmuje postać a=-ω2x, gdzie „a” jest przyspieszeniem, a „x” jest przemieszczenie. Przyspieszenie i przemieszczenie są antyrównoległe. Oznacza to, że siła wypadkowa działająca na obiekt jest również zgodna z kierunkiem przyspieszenia. Ta zależność opisuje ruch, w którym obiekt oscyluje wokół punktu centralnego. Można zauważyć, że gdy przemieszczenie wynosi zero, siła wypadkowa działająca na obiekt również wynosi zero. To jest punkt równowagi oscylacji. Maksymalne przemieszczenie obiektu od punktu równowagi jest znane jako amplituda oscylacji. Amplituda oscylacji prostej harmonicznej ściśle zależy od całkowitej energii mechanicznej układu. Dla prostego układu sprężyna – masa, jeśli całkowita energia wewnętrzna wynosi E, amplituda jest równa 2E/k, gdzie k jest stałą sprężyny. Przy tej amplitudzie prędkość chwilowa wynosi zero; tym samym energia kinetyczna jest również zerowa. Całkowita energia systemu jest w postaci energii potencjalnej. W punkcie równowagi energia potencjalna wynosi zero.
Jaka jest różnica między amplitudą a częstotliwością?
• Amplituda ściśle zależy od całkowitej energii układu, natomiast częstotliwość drgań zależy od właściwości samego oscylatora.
• Dla danego systemu amplitudę można zmienić, ale częstotliwość nie.
