Alates veest, mis koperdab kaldale, kuni elektromagnetlaineteni, mis kannavad wi-fi signaale, mida kasutate sellele artiklile juurdepääsemiseks, lained on meie ümber jasagedusjaperioodlaine on kaks kõige olulisemat omadust, mida saate nende kirjeldamiseks kasutada.
Veelgi enam, sagedus ja periood on olulised mõisted mis tahes tüüpi perioodilise liikumise, sealhulgas lihtsa harmoonilise kirjeldamiseks ostsillaatorid nagu kiiged ja pendlid, nii et õppimine selle tähenduse ja nende arvutamise kohta on absoluutselt oluline Füüsika.
Hea uudis on see, et mõlemat mõistet on üsna lihtne käsitleda ja võrrandid on ka töötamiseks üsna lihtsad. Sageduse määratlus on peaaegu sama, mida võiksite eeldada, mõistes mõistet ja mõistet sõna kõnekeelne määratlus ja kuigi periood on veidi erinev, on need tihedalt seotud ja te võtate selle üles kiiresti.
Sageduse määratlus
Igapäevases keeles on millegi sagedus see, kui tihti see juhtub; näiteks pühapäevade sagedus on üks nädal ja söögikordade sagedus kolm päevas. See on sisuliselt sama mis füüsika sageduse määratlus, väikese erinevusega: millegi sagedus on objekti või laine tsüklite või võnkumiste arv ajaühikus. See ütleb teile ikkagi, kui tihti midagi juhtub, kuid asi on liikuva objekti või laine täielik võnkumine ja ajaperiood on alati teine.
Sümbolites sagedusfmillestki on numbernvõnkumisi ajaühikustnii:
f = \ frac {n} {t}
Sagedused on toodud arvuna saksa füüsiku Heinrich Hertzi järgi nimetatud ühikus Hertz (Hz) ja seda saab väljendada baasühikutes (SI)−1 või sekundis. Võnkumiste arv on vaid arv (ilma ühikuteta!), Kuid kui tsiteerida sagedust 1 Hz, olete tõesti öeldes "üks võnkumine sekundis" ja kui tsiteerida sagedust 10 Hz, siis öeldakse "10 võnkumist sekundis". Standard Samuti kehtivad SI eesliited, nii et kiloherts (kHz) on 1000 hertsit, megahertz (MHz) on 1 miljon hertsit ja gigahertz (GHz) on 1 miljard hertsit herts.
Üks oluline asi, mida meeles pidada, on see, et peate iga laine jaoks valima võrdluspunkti, mida nimetate ühe võnkumise alguseks. See võnkumine lõpeb lainel sobivas punktis. Iga laine tipu valimine võrdluspunktiks on tavaliselt kõige lihtsam lähenemisviis, kuid seni, kuni see on sama võnkepunkt, on sagedus sama.
Nende kahe sobitatava võrdluspunkti vahelist kaugust nimetatakselainepikkuslainele, mis on veel üks kõigi lainete põhiomadusi. Sellisena võib sagedust määratleda kui lainepikkuste arvu, mis läbivad teatud punkti sekundis.
Sagedusnäited
Mõlemad näited nii madal- kui ka kõrgsageduslike võnkumiste kohta aitavad teil võtmekontseptsioonist aru saada. Mõelge kaldale veerevatele lainetele, kus iga viie sekundi järel kaldale veereb uus laine; kuidas sa sagedust välja töötad? Eespool tsiteeritud põhivalemi põhjal saate ühe sekundi jooksul ühe vibreerimisega (st ühe täieliku lainepikkusega harjast hari) viis sekundit:
f = \ frac {1} {5 \; \ text {s}} = 0,2 \; \ text {Hz}
Nagu näete, võivad sagedused olla alla ühe sekundis!
Kiigel oleva lapse jaoks, kes liigub edasi-tagasi punktist, kus neid suruti, on täielik võnkumine aeg, mis kulub kiigekomplekti tagaosas asuvast punktist edasi liikumiseks ja sinna naasmiseks. Kui see võtab pärast esmast surumist kaks sekundit, siis mis on kiikumise sagedus? Sama valemi abil saate:
f = \ frac {1} {2 \; \ text {s}} = 0,5 \; \ text {Hz}
Muud sagedused on palju kiiremad. Näiteks kaaluge kitarri A nööri, kus iga võnk kulgeb asendist sisse mille nöör vabastati puhkeasendi kohal, puhkeasendi teisele poole ja tagasi üles. Kujutage ette, et see lõpetab 100 sellist võnkumist 0,91 sekundiga: mis on stringi sagedus?
Jällegi annab sama valem:
f = \ frac {100} {0,91 \; \ text {s}} = 109,9 \; \ text {Hz}
See on umbes 110 Hz, mis on A noodi helilainele õige samm. Ka sagedused tõusevad sellest palju kõrgemaks; näiteks raadiosagedusala ulatub kümnetest hertsidest sadade gigahertideni!
Perioodi määratlus
PerioodTlaine ei pruugi olla termin, mida tunnete, kui te pole varem füüsikat õppinud, kuid selle määratlus on siiski üsna sirgjooneline. Thelaine perioodon aeg, mis selleks kulubüks võnkuminetoimuda või et üks täielik lainepikkus läbiks võrdluspunkti. Sellel on SI sekundite ühikud, sest see on lihtsalt väärtus ajaühikus. Pange tähele, et see on sagedusühiku hertside (st 1 / Hz) vastastikune väärtus ja see on oluline vihje laine sageduse ja perioodi vahelise seose kohta.
Seos sageduse ja perioodi vahel
Laine sagedus ja periood ontagurpidiomavahel seotud ja teise välja töötamiseks peate teadma ainult ühte neist. Nii et kui olete laine sageduse edukalt mõõtnud või leidnud, saate arvutada perioodi ja vastupidi.
Kaks matemaatilist seost on:
f = \ frac {1} {T}
T = \ frac {1} {f}
Kusfon sagedus jaTon periood. Sõnades on sagedus perioodi vastastikune ja periood on sageduse vastastikune. Madal sagedus tähendab pikemat perioodi ja suurem sagedus lühemat perioodi.
Kas siis sageduse või perioodi arvutamiseks teete lihtsalt „1 üle“ selle suuruse järgi, mida te juba teate, ja siis saab tulemuseks teise koguse.
Veel arvutusnäiteid
Seal on tohutult palju erinevaid laineallikaid, mida saate kasutada, näiteks sagedus ja periood arvutused ja mida rohkem te töötate, seda rohkem tunnete erinevate sageduste vahemikku allikatest. Nähtav valgus on tõesti elektromagnetkiirgus ja see liigub lainena üle kõrgemate sageduste vahemiku kui seni arvestatud lained. Näiteks on violetse valguse sagedus umbesf = 7.5 × 1014 Hz; mis on laine periood?
Kasutades eelmise jaotise sageduse ja perioodi suhet, saate selle hõlpsalt arvutada:
\ begin {joondatud} T & = \ frac {1} {f} \\ & = \ frac {1} {7,5 × 10 ^ {14} \; \ text {Hz}} \\ & = 1,33 × 10 ^ {- 15} \; \ text {s} \ end {joondatud}
See on veidi üle afemtosekund, mis on miljardik miljardik sekund - uskumatult lühike aeg!
Teie wi-fi signaal on veel üks elektromagnetlaine vorm ja ühes peamistest kasutatavatest ribadest on lained perioodigaT = 4.17 × 10−10 s (st umbes 0,4 nanosekundit). Mis on selle sageduse sagedus? Enne edasilugemist proovige see välja töötada eelmises jaotises antud suhtest.
Sagedus on:
\ begin {joondatud} f & = \ frac {1} {T} \\ & = \ frac {1} {4,17 × 10 ^ {- 10} \; \ text {s}} \\ & = 2,40 × 10 ^ { 9} \; \ text {Hz} \ end {joondatud}
See on 2,4 GHz WiFi-riba.
Lõpuks edastatakse USA telekanaleid sageduste vahemikus, kuid mõnel III sagedusalas on umbesf= 200 MHz = 200 × 106 Hz. Mis on selle signaali periood või teisisõnu, kui palju aega möödub, kui teie antenn võtab ühe ja järgmise laine tipu üles?
Kasutades sama suhet:
\ begin {joondatud} T & = \ frac {1} {f} \\ & = \ frac {1} {200 × 10 ^ {6} \; \ text {Hz}} \\ & = 5 × 10 ^ {- 9} \; \ text {s} \ end {joondatud}
Sõnades on see 5 nanosekundit.