So berechnen Sie die Oszillationsfrequenz

Oszillation ist eine Art vonperiodische Bewegung. Eine Bewegung heißt periodisch, wenn sie sich in regelmäßigen Zeitabständen wiederholt, wie die Bewegung einer Nähmaschinennadel, die Bewegung der Zinken einer Stimmgabel und ein an einer Feder aufgehängter Körper. Bewegt sich ein Teilchen auf derselben Bahn hin und her, so bezeichnet man seine Bewegung als oszillierend oder schwingendFrequenzdieser Bewegung ist eine seiner wichtigsten physikalischen Eigenschaften.

Die Verschiebung eines Teilchens, das eine periodische Bewegung ausführt, kann durch Sinus- und Kosinusfunktionen ausgedrückt werden. Da diese Funktionen harmonische Funktionen genannt werden, wird die periodische Bewegung auch als harmonische Bewegung bezeichnet.

Unter allen Arten von Schwingungen ist dieeinfache harmonische Bewegung(SHM) ist der wichtigste Typ. Bei SHM wirkt eine Kraft unterschiedlicher Größe und Richtung auf Teilchen. Es ist wichtig anzumerken, dass SHM wichtige Anwendungen nicht nur in der Mechanik, sondern auch in der Optik, Klang- und Atomphysik hat.

Ein Körper führt eine lineare einfache harmonische Bewegung aus, wenn

1. Es bewegt sich periodisch entlang einer geraden Linie hin und her.
2. Seine Beschleunigung ist immer auf seine mittlere Position gerichtet.
3. Der Betrag seiner Beschleunigung ist proportional zum Betrag seiner Verschiebung von der mittleren Position.

Die gleichung:

wird verwendet, um eine lineare einfache harmonische Bewegung (SHM) zu definieren, wobeiFdie Größe der Rückstellkraft ist;xist die kleine Verschiebung von der mittleren Position; undKist die Kraftkonstante. Das negative Vorzeichen zeigt an, dass die Kraftrichtung der Verschiebungsrichtung entgegengesetzt ist.

Einige Beispiele für einfache harmonische Bewegungen sind die Bewegung eines einfachen Pendels für kleine Schwingungen und eines vibrierenden Magneten in einer gleichmäßigen magnetischen Induktion.

Betrachten Sie ein Teilchen, das eine Schwingung entlang des Pfades QOR mit O als mittlerer Position und Q und R als Extrempositionen auf beiden Seiten von O ausführt. Angenommen, das Teilchen befindet sich zu einem bestimmten Zeitpunkt der Schwingung auf P. Die Entfernung, die das Teilchen von seiner mittleren Position zurücklegt, wird als Verschiebung bezeichnet (x) d.h. OP =x​.

Die Verschiebung wird immer von der mittleren Position aus gemessen, was auch immer der Ausgangspunkt sein mag. Selbst wenn sich das Teilchen beispielsweise von R nach P bewegt, bleibt die Verschiebung bestehenx​.

DasAmplitude (EIN) der Schwingungist definiert als die maximale Verschiebung (x​_max) des Teilchens auf beiden Seiten seiner mittleren Position, d. h.EIN= OQ = ODER.EINwird immer als positiv angenommen, daher ist die Schwingungsamplitudenformel nur die Größe der Verschiebung von der mittleren Position. Der Abstand QR = 2EINwird Weglänge oder Schwingungsausmaß oder Gesamtweg des schwingenden Teilchens genannt.

Die Periode (T) der Schwingung ist definiert als die Zeit, die das Teilchen benötigt, um eine Schwingung zu vollenden. Nach der ZeitT, passiert das Teilchen dieselbe Position in derselben Richtung.

Die Definition der Schwingungsfrequenz ist einfach die Anzahl der Schwingungen, die das Teilchen in einer Sekunde ausführt.

ImTSekunden vollendet das Teilchen eine Schwingung.

Daher ist die Anzahl der Schwingungen in einer Sekunde, d. h. ihre Frequenzf, ist:

Die Schwingungsfrequenz wird in Zyklen pro Sekunde oder Hertz gemessen.

Das menschliche Ohr ist empfindlich für Frequenzen zwischen 20 Hz und 20.000 Hz, und Frequenzen in diesem Bereich werden als Schall- oder Hörfrequenzen bezeichnet. Die Frequenzen oberhalb des menschlichen Hörbereichs werden als Ultraschallfrequenzen bezeichnet, während die Frequenzen, die unterhalb des Hörbereichs liegen, als Infraschallfrequenzen bezeichnet werden. Ein anderer sehr bekannter Begriff in diesem Zusammenhang ist „Überschall“. Bewegt sich ein Körper schneller als die Schallgeschwindigkeit, spricht man von Überschallgeschwindigkeit.

Frequenzen von Radiowellen (einer oszillierenden elektromagnetischen Welle) werden in Kilohertz oder Megahertz ausgedrückt, während sichtbares Licht Frequenzen im Bereich von Hunderten von Terrahertz hat.