A partra csapódó vízhullámoktól az elektromágneses hullámokig, amelyek a wi-fi jeleket hordozzák, amelyeket a cikk eléréséhez használ, hullámok vannak körülöttünk, ésfrekvenciaésidőszaka hullám két legfontosabb jellemzője, amellyel leírhatja őket.
A frekvencia és az időszak még ennél is fontosabb fogalmak a periodikus mozgás bármilyen típusának leírására, ideértve az egyszerű harmonikát is az oszcillátorok, mint a lengések és az ingák, ezért elsajátításukhoz elengedhetetlen a tanulás arról, hogy mit jelentenek és hogyan kell kiszámítani őket fizika.
A jó hír az, hogy mindkét fogalmat meglehetősen könnyű kezelni, és az egyenletek is egyszerűen kezelhetők. A frekvencia meghatározása nagyjából olyan, mint amire elvárható a koncepció és a a szó köznyelvi meghatározása, és bár az időszak kissé eltér, szorosan kapcsolódnak egymáshoz, és Ön felveszi gyorsan.
A frekvencia meghatározása
A mindennapi nyelvben valaminek a gyakorisága az, hogy milyen gyakran történik; például a vasárnapok gyakorisága hetente egy, az étkezések gyakorisága naponta három. Ez lényegében megegyezik a fizika frekvencia-meghatározásával, kis különbséggel: A Valaminek a frekvenciája az objektum vagy a hullám ciklusainak vagy rezgéseinek száma időegységenként. Ez még mindig megmondja, milyen gyakran történik valami, de a dolog a mozgó tárgy vagy hullám teljes oszcillációja, és az időtartam mindig a második.
Szimbólumokban a frekvenciafvalaminek a számana rezgések időegységbentígy:
f = \ frac {n} {t}
A frekvenciákat számként adják meg Hertz-ben (Hz), egy egységben, amelyet Heinrich Hertz német fizikusról neveztek el, és amely bázis (SI) egységekben kifejezhető s−1 vagy „másodpercenként”. A rezgések száma csak egy szám (egységek nélkül!), De ha 1 Hz frekvenciát idéz, akkor valóban mondván: „egy rezgés másodpercenként”, és ha 10 Hz frekvenciát idéz, akkor azt mondja, hogy „10 rezgés másodpercenként”. A szabvány Az SI előtagok is érvényesek, tehát egy kilohertz (kHz) 1000, egy megahertz (MHz) 1 millió és egy gigahertz (GHz) 1 milliárd hertz.
Fontos megjegyezni, hogy minden hullámra ki kell választania egy referenciapontot, amelyet egy rezgés kezdetének nevezünk. Ez a rezgés a hullám megfelelő pontján ér véget. Az egyes hullámok csúcsainak kiválasztása referenciapontként általában a legegyszerűbb megközelítés, de mindaddig, amíg ugyanaz az egyes rezgések pontja, a frekvencia ugyanaz lesz.
E két egyező referenciapont közötti távolságot nevezzükhullámhossza hullám egy másik kulcsfontosságú jellemzője. Mint ilyen, a frekvencia meghatározható egy hullámhossz számaként, amelyek másodpercenként áthaladnak egy bizonyos ponton.
Gyakorisági példák
Az alacsony és a magas frekvenciájú oszcillációk néhány példájának áttekintése segíthet megismerkedni a kulcsfontosságú koncepcióval. Gondolj a partra guruló hullámokra, ahol öt másodpercenként egy új hullám gurul a partra; hogyan alakítja ki a frekvenciát? A fent idézett alapképlet alapján egy oszcillációval (azaz egy teljes hullámhosszal, a címertől a címerig) öt másodpercig tart:
f = \ frac {1} {5 \; \ text {s}} = 0.2 \; \ text {Hz}
Mint látható, a frekvenciák kevesebbek lehetnek, mint másodpercenként egy!
A hinta alatt álló gyerek számára, aki előre-hátra mozog attól a ponttól, ahol megtolták, a teljes rezgés az az idő, amely alatt a lengőgomb hátulján lévő pontról előre lehet lendíteni és vissza kell térni. Ha ez a kezdeti lökés után két másodpercet vesz igénybe, mekkora a lengés gyakorisága? Ugyanezt a képletet használva a következőket kapja:
f = \ frac {1} {2 \; \ text {s}} = 0,5 \; \ text {Hz}
Más frekvenciák sokkal gyorsabbak. Vegyük például a gitár A húrjának pengetését, amelynek minden rezgése a befelé eső pozícióból indul amelyet a húr a pihenőhely felett engedett le, a pihenőhely másik oldalára és vissza fel. Képzelje el, hogy 100 ilyen oszcillációt teljesít 0,91 másodperc alatt: mekkora a húr frekvenciája?
Ismét ugyanaz a képlet adja:
f = \ frac {100} {0,91 \; \ text {s}} = 109,9 \; \ text {Hz}
Ez 110 Hz körül van, ez a helyes hangmagasság az A hang hanghullámához. A frekvenciák ennél is sokkal magasabbak; például a rádiófrekvenciás tartomány tíz herctől százigigigertig terjed!
Az időszak meghatározása
A periódusTA hullám egy része nem biztos, hogy ismerős kifejezés, ha korábban nem tanultál fizikát, de ennek meghatározása még mindig egyértelmű. Aa hullám időszakaaz az idő, amelyre szükség vanegy rezgéshogy egy teljes hullámhossz átmenjen egy referenciaponton. Ennek SI másodperc (ek) egységei vannak, mert ez egyszerűen egy időegységnyi érték. Megjegyzi, hogy ez a frekvenciaegység, a hertz (azaz 1 / Hz) reciproka, és ez fontos nyom a hullám frekvenciája és periódusa közötti kapcsolatra.
A gyakoriság és az időszak közötti kapcsolat
A hullám gyakorisága és periódusafordítvakapcsolatban állnak egymással, és csak az egyiket kell ismernie a másik kidolgozásához. Tehát, ha sikeresen megmérte vagy megtalálta a hullám frekvenciáját, kiszámíthatja az időszakot és fordítva.
A két matematikai összefüggés a következő:
f = \ frac {1} {T}
T = \ frac {1} {f}
Holfa frekvencia ésTidőszak. Szóval, a frekvencia a periódus reciproka, a periódus pedig a frekvencia reciproka. Az alacsony frekvencia hosszabb, a magasabb frekvencia pedig rövidebb periódust jelent.
A gyakoriság vagy az időszak kiszámításához egyszerűen tegye meg az „1 over” értéket bármelyik már ismert mennyiségnél, és akkor az eredmény a másik mennyiség lesz.
További példa számítások
Nagyon sokféle hullámforrás létezik, például frekvencia és periódus számításokat, és minél többet dolgozik, annál jobban megérzi a különböző frekvenciatartományt források. A látható fény valóban elektromágneses sugárzás, és hullámként halad át az eddig figyelembe vett hullámok magasabb frekvenciájú tartományában. Például az ibolya fény frekvenciája kbf = 7.5 × 1014 Hz; mi a hullám időszaka?
Az előző szakasz frekvencia-periódus kapcsolatának segítségével ezt könnyen kiszámíthatja:
\ begin {aligned} T & = \ frac {1} {f} \\ & = \ frac {1} {7,5 × 10 ^ {14} \; \ text {Hz}} \\ & = 1,33 × 10 ^ {- 15} \; \ text {s} \ end {igazítva}
Ez valamivel több mint afemtoszekundum, ami a másodperc milliomodmilliárd része - hihetetlenül rövid idő!
A wi-fi jel az elektromágneses hullám másik formája, és az egyik fő sávban hullámok vannak,T = 4.17 × 10−10 s (azaz kb. 0,4 nanoszekundum). Mi a frekvencia ennek a sávnak? Mielőtt továbbolvasna, próbálja meg megoldani az előző szakaszban megadott kapcsolatból.
A gyakoriság:
\ begin {aligned} f & = \ frac {1} {T} \\ & = \ frac {1} {4,17 × 10 ^ {- 10} \; \ text {s}} \\ & = 2,40 × 10 ^ { 9} \; \ text {Hz} \ end {igazítva}
Ez a 2,4 GHz-es wi-fi sáv.
Végül az Egyesült Államokban a tévécsatornákat frekvenciatartományban sugározzák, de a III. Sáv frekvenciatartományának némelyike kbf= 200 MHz = 200 × 106 Hz. Mekkora ennek a jelnek az ideje, vagy más szavakkal, mennyi idő telik el az antennája között, amikor az antennája felveszi a hullám egyik csúcsát és a következőt?
Ugyanazt a kapcsolatot használva:
\ begin {aligned} T & = \ frac {1} {f} \\ & = \ frac {1} {200 × 10 ^ {6} \; \ text {Hz}} \\ & = 5 × 10 ^ {- 9} \; \ text {s} \ end {igazítva}
Szóval, ez 5 nanoszekundum.
