頻度と期間：定義、式と単位（図と例付き）

岸に打ち寄せる水の波から、この記事へのアクセスに使用しているWi-Fi信号を運ぶ電磁波まで、波は私たちの周りにあり、周波数そして限目波のは、それらを説明するために使用できる最も重要な特性の2つです。

これ以上に、周波数と周期は、単振動を含むあらゆるタイプの周期運動を記述するための重要な概念です。 ブランコや振り子のようなオシレーターなので、それらの意味とその計算方法を学ぶことは、マスタリングに絶対に不可欠です。 物理。

幸いなことに、どちらの概念も非常に簡単に理解でき、方程式も非常に簡単に使用できます。 頻度の定義は、概念の直感的な理解に基づいて期待するものとほぼ同じです。 言葉の口語的な定義、そして期間は少し異なりますが、それらは密接に関連しているので、あなたはそれを拾うでしょう 早く。

日常の言葉では、何かの頻度はそれが起こる頻度です。 たとえば、日曜日の頻度は1週間に1回、食事の頻度は1日3回です。 これは基本的に物理学の周波数の定義と同じですが、わずかな違いがあります。 何かの周波数は、単位時間あたりの物体または波のサイクルまたは振動の数です。 それでも何かが起こる頻度はわかりますが、それは動く物体または波の完全な振動であり、時間は常に秒です。

記号では、頻度f何かの数ですn時間の単位での振動のtそう：

周波数は、ドイツの物理学者ハインリヒヘルツにちなんで名付けられた単位であるヘルツ（Hz）の数値として引用され、基本（SI）単位でsとして表すことができます。⁻¹ または「毎秒」。 振動の数は単なる数です（単位はありません！）が、1 Hzの周波数を引用すると、実際には 「1秒あたり1回の振動」と言い、10 Hzの周波数を引用すると、「1秒あたり10回の振動」と言います。 標準 SIプレフィックスも適用されるため、キロヘルツ（kHz）は1,000ヘルツ、メガヘルツ（MHz）は100万ヘルツ、ギガヘルツ（GHz）は10億ヘルツです。 ヘルツ。

覚えておくべき重要なことの1つは、1つの振動の開始と呼ぶ各波の基準点を選択する必要があるということです。 その振動は、波の一致するポイントで終了します。 通常、各波のピークを基準点として選択するのが最も簡単な方法ですが、各振動の同じ点である限り、周波数は同じになります。

これらの2つの一致する参照点間の距離は、波長すべての波のもう一つの重要な特徴である波の。 そのため、周波数は、1秒間に特定のポイントを通過する波長の数として定義できます。

低周波数と高周波数の両方の振動のいくつかの例を検討すると、重要な概念を理解するのに役立ちます。 波が岸に転がり、5秒ごとに新しい波が岸に転がるのを考えてみてください。 どのように頻度を計算しますか？ 上で引用した基本式に基づいて、1回の振動（つまり、山から山までの1つの完全な波長）に5秒かかると、次のようになります。

ご覧のとおり、頻度は1秒あたり1未満になる可能性があります。

ブランコに乗っている子供が、押した場所から前後に移動する場合、完全な振動とは、ブランコセットの後ろの場所から前後にスイングして戻るのにかかる時間です。 これが最初のプッシュから2秒かかる場合、スイングの頻度はどれくらいですか？ 同じ式を使用すると、次のようになります。

他の周波数ははるかに高速です。 たとえば、ギターのA弦が撥弦楽器で、各振動がの位置から実行されているとします。 弦は、静止位置の上で、静止位置の反対側に下がって、後ろに解放されました。 アップ。 0.91秒で100回のそのような振動を完了すると想像してください：弦の周波数は何ですか？

繰り返しますが、同じ式は次のようになります。

これは約110Hzで、A音の音波の正しいピッチです。 頻度もこれよりはるかに高くなります。 たとえば、無線周波数範囲は数十ヘルツから数百ギガヘルツです。

期間T波の定義は、これまで物理学を学んだことがない場合はよく知っている用語ではないかもしれませんが、その定義は非常に単純です。 ザ・波の周期にかかる時間です1回の振動発生するか、1つの完全な波長が基準点を通過します。 これは単に時間単位の値であるため、SI単位は秒です。 これは周波数単位のヘルツ（つまり、1 / Hz）の逆数であり、波の周波数と周期の関係の重要な手がかりであることに注意してください。

波の周波数と周期は逆にお互いに関連していて、あなたはそれらの1つを知る必要があるだけで他を解決することができます。 したがって、波の周波数の測定または検出に成功した場合は、周期を計算できます。その逆も可能です。

2つの数学的関係は次のとおりです。

どこf頻度であり、T期間です。 つまり、周波数は周期の逆数であり、周期は周波数の逆数です。 低周波数はより長い期間を意味し、より高い周波数はより短い期間を意味します。

頻度または期間のいずれかを計算するには、既知の数量のいずれかを「1オーバー」するだけで、結果はもう一方の数量に​​なります。

周波数や周期など、さまざまな波源を使用できます。 計算、そしてあなたが働くほど、あなたは異なる周波数範囲の感触を得るでしょう ソース。 可視光は実際には電磁放射であり、これまで考えられてきた波よりも高い周波数の範囲を波として伝わります。 たとえば、紫色の光の周波数は約f​ = 7.5 × 10¹⁴ Hz; 波の周期は何ですか？

前のセクションの周波数と周期の関係を使用すると、これを簡単に計算できます。

これはもう少しですフェムト秒、これは100万分の1秒です–信じられないほど短い時間です！

Wi-Fi信号は電磁波の別の形式であり、使用される主な帯域の1つに次の周期の波がありますT​ = 4.17 × 10⁻¹⁰ s（つまり、約0.4ナノ秒）。 この帯域の周波数はいくつですか？ 先に進む前に、前のセクションで示した関係からそれを理解してみてください。

頻度は次のとおりです。

これは2.4GHzのwi-fi帯域です。

最後に、米国のTVチャンネルはさまざまな周波数で放送されていますが、III帯の周波数範囲の一部にはf= 200 MHz = 200×10⁶ Hz。 この信号の周期はどのくらいですか。つまり、アンテナが波の1つのピークを拾ってから次のピークを拾うまでにどのくらいの時間が経過しますか。

同じ関係を使用する：

つまり、これは5ナノ秒です。