Come calcolare la frequenza di oscillazione

L'oscillazione è un tipo dimoto periodico. Un moto si dice periodico se si ripete dopo intervalli di tempo regolari, come il moto di un ago di macchina da cucire, movimento dei rebbi di un diapason e un corpo sospeso a una molla. Se una particella si muove avanti e indietro lungo lo stesso percorso, si dice che il suo moto è oscillatorio o vibratorio efrequenzadi questo moto è una delle sue caratteristiche fisiche più importanti.

Lo spostamento di una particella che esegue un moto periodico può essere espresso in termini di funzioni seno e coseno. Poiché queste funzioni sono chiamate funzioni armoniche, il movimento periodico è anche noto come movimento armonico.

Tra tutti i tipi di oscillazioni, ilmoto armonico semplice(SHM) è il tipo più importante. In SHM, una forza di grandezza e direzione variabili agisce sulla particella. È importante notare che SHM ha importanti applicazioni non solo in meccanica, ma anche in ottica, suono e fisica atomica.

Si dice che un corpo compie un moto armonico lineare semplice se

1. Si muove avanti e indietro periodicamente lungo una linea retta.
2. La sua accelerazione è sempre diretta verso la sua posizione media.
3. L'entità della sua accelerazione è proporzionale all'entità del suo spostamento dalla posizione media.

L'equazione:

è usato per definire un moto armonico semplice lineare (SHM), in cuiFè la grandezza della forza di ripristino;Xè il piccolo spostamento dalla posizione media; eKè la costante di forza. Il segno negativo indica che la direzione della forza è opposta alla direzione dello spostamento.

Alcuni esempi di moto armonico semplice sono il moto di un pendolo semplice per piccole oscillazioni e un magnete vibrante in un'induzione magnetica uniforme.

Considera una particella che esegue un'oscillazione lungo il percorso QOR con O come posizione media e Q e R come posizioni estreme su entrambi i lati di O. Supponiamo che in un dato istante dell'oscillazione, la particella sia in P. La distanza percorsa dalla particella dalla sua posizione media si chiama spostamento (X) cioè OP =X​.

Lo spostamento è sempre misurato dalla posizione media, qualunque sia il punto di partenza. Ad esempio, anche se la particella viaggia da R a P, lo spostamento rimane comunqueX​.

Ilampiezza (UN) dell'oscillazioneè definito come lo spostamento massimo (X​_max) della particella su entrambi i lati della sua posizione media, cioè,UN= OQ = O.UNè sempre considerato positivo, e quindi la formula dell'ampiezza dell'oscillazione è solo l'entità dello spostamento dalla posizione media. La distanza QR = 2UNè chiamata lunghezza del percorso o estensione dell'oscillazione o percorso totale della particella oscillante.

Il periodo (T) dell'oscillazione è definito come il tempo impiegato dalla particella per completare un'oscillazione. Tempo dopoT, la particella passa per la stessa posizione nella stessa direzione.

La frequenza di definizione dell'oscillazione è semplicemente il numero di oscillazioni eseguite dalla particella in un secondo.

NelTsecondi, la particella completa un'oscillazione.

Pertanto, il numero di oscillazioni in un secondo, ovvero la sua frequenzaf, è:

La frequenza di oscillazione viene misurata in cicli al secondo o Hertz.

L'orecchio umano è sensibile alle frequenze comprese tra 20 Hz e 20.000 Hz e le frequenze in questa gamma sono chiamate frequenze sonore o udibili. Le frequenze al di sopra della gamma dell'udito umano sono chiamate frequenze ultrasoniche, mentre le frequenze che sono al di sotto della gamma udibile sono chiamate frequenze infrasoniche. Un altro termine molto familiare in questo contesto è "supersonico". Se un corpo viaggia più veloce della velocità del suono, si dice che viaggi a velocità supersoniche.

Le frequenze delle onde radio (un'onda elettromagnetica oscillante) sono espresse in kilohertz o megahertz, mentre la luce visibile ha frequenze nell'intervallo di centinaia di terrahertz.