이 기사에 액세스하는 데 사용하는 Wi-Fi 신호를 전달하는 전자파에 이르기까지 해안에 휩싸인 물의 파도에서 파도가 우리 주변에 있고회수과기간웨이브의 특징은이를 설명하는 데 사용할 수있는 가장 중요한 두 가지 특성입니다.
더 나아가, 주파수와주기는 단순 고조파를 포함한 모든 유형의 주기적 움직임을 설명하는 데 중요한 개념입니다. 그네와 진자와 같은 오실레이터이므로 그 의미와 계산 방법을 배우는 것이 마스터 링에 절대적으로 필요합니다. 물리학.
좋은 소식은 두 개념 모두 이해하기 쉽고 방정식도 작업하기 매우 간단하다는 것입니다. 빈도의 정의는 개념에 대한 직관적 인 이해와 단어의 구어 적 정의입니다. 기간은 조금 다르지만 밀접하게 연결되어 있습니다. 빨리.
주파수의 정의
일상적인 언어에서 어떤 것의 빈도는 그것이 얼마나 자주 일어나는지입니다. 예를 들어, 일요일의 빈도는 주 1 회이고 식사 빈도는 하루 3 회입니다. 이것은 본질적으로 물리학의 주파수 정의와 동일하지만 약간의 차이가 있습니다. 무언가의 주파수는 단위 시간당 물체 또는 파동의주기 또는 진동 수입니다. 여전히 어떤 일이 얼마나 자주 발생하는지 알려주지 만, 움직이는 물체 나 파동의 완전한 진동이며 시간은 항상 두 번째입니다.
기호에서 빈도에프뭔가의 숫자입니다엔시간 단위의 진동 수티그래서:
f = \ frac {n} {t}
주파수는 독일 물리학 자 Heinrich Hertz의 이름을 딴 단위 인 Hertz (Hz)로 표시되며 기본 (SI) 단위로 s로 표현할 수 있습니다.−1 또는 "초당". 진동의 수는 숫자 일뿐입니다 (단위 없음!).하지만 1Hz의 주파수를 인용하면 실제로 "초당 1 회 진동"이라고 말하고 10Hz의 주파수를 인용하면 "초당 10 회 진동"이라고 말하는 것입니다. 표준 SI 접두사도 적용되므로 킬로 헤르츠 (kHz)는 1,000 헤르츠, 메가 헤르츠 (MHz)는 1 백만 헤르츠, 기가 헤르츠 (GHz)는 10 억입니다. 헤르츠.
기억해야 할 한 가지 중요한 점은 하나의 진동의 시작이라고 부르는 각 웨이브에서 기준점을 선택해야한다는 것입니다. 그 진동은 파동의 일치하는 지점에서 끝납니다. 일반적으로 각 파동의 피크를 기준점으로 선택하는 것이 가장 쉬운 방법이지만 각 진동에서 동일한 지점 인 한 주파수는 동일합니다.
이 두 일치하는 참조 점 사이의 거리를파장모든 파동의 또 다른 주요 특징 인 파동의 따라서 주파수는 매초 특정 지점을 통과하는 파장의 수로 정의 할 수 있습니다.
주파수 예
저주파 및 고주파 진동의 몇 가지 예를 고려하면 핵심 개념을 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다. 5 초마다 새로운 물결이 해안으로 흘러가는 파도를 생각해보십시오. 주파수를 어떻게 계산합니까? 위에 인용 된 기본 공식에 따라 5 초가 걸리는 1 회의 진동 (즉, 문장에서 문장까지 하나의 완전한 파장)으로 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다.
f = \ frac {1} {5 \; \ text {s}} = 0.2 \; \ text {Hz}
보시다시피 주파수는 초당 1보다 적을 수 있습니다!
그네를 타고 밀린 지점에서 앞뒤로 움직이는 어린이의 경우, 전체 진동은 스윙 세트의 뒤쪽 지점에서 앞뒤로 스윙하는 데 걸리는 시간입니다. 초기 푸시 후 2 초가 걸린다면 스윙 빈도는 얼마입니까? 동일한 공식을 사용하면 다음을 얻을 수 있습니다.
f = \ frac {1} {2 \; \ text {s}} = 0.5 \; \ text {Hz}
다른 주파수는 훨씬 빠릅니다. 예를 들어, 기타의 A 현이 뽑히고 각 진동이 줄이 풀린 상태에서 휴식 위치 위, 휴식 위치의 반대쪽 아래로 쪽으로. 0.91 초 안에 100 번의 진동을 완료한다고 상상해보십시오. 스트링의 주파수는 얼마입니까?
다시, 동일한 공식은 다음을 제공합니다.
f = \ frac {100} {0.91 \; \ text {s}} = 109.9 \; \ text {Hz}
이것은 A 노트의 음파에 대한 정확한 피치 인 약 110Hz입니다. 주파수도 이것보다 훨씬 높아집니다. 예를 들어, 무선 주파수 범위는 수십 헤르츠에서 수백 기가 헤르츠까지입니다!
기간의 정의
기간티파도의 정의는 이전에 물리학을 공부 한 적이 없다면 익숙한 용어가 아닐 수도 있지만 그 정의는 여전히 매우 간단합니다. 그만큼파도의 기간걸리는 시간입니다하나의 진동발생하거나 하나의 완전한 파장이 기준점을 통과합니다. 이것은 단순히 시간 단위의 값이기 때문에 초 단위의 SI를가집니다. 이것은 주파수 단위 헤르츠 (즉, 1 / Hz)의 역수이며, 이것은 파동의 주파수와주기 사이의 관계에 대한 중요한 단서입니다.
빈도와 기간의 관계
파동의 빈도와주기는반대로서로 관련이 있고, 다른 하나를 해결하려면 둘 중 하나만 알면됩니다. 따라서 파동의 주파수를 성공적으로 측정하거나 찾은 경우주기를 계산할 수 있으며 그 반대도 마찬가지입니다.
두 가지 수학적 관계는 다음과 같습니다.
f = \ frac {1} {T}
T = \ frac {1} {f}
어디에프주파수이고티기간입니다. 즉, 주파수는주기의 역수이고주기는 주파수의 역수입니다. 낮은 주파수는 더 긴 기간을 의미하고 높은 주파수는 더 짧은 기간을 의미합니다.
빈도 나 기간을 계산하려면 이미 알고있는 수량을 "1 오버"하면 결과가 다른 수량이됩니다.
더 많은 계산 예
예를 들어 주파수 및주기와 같이 사용할 수있는 다양한 파동 소스가 있습니다. 더 많이 작업할수록 다양한 주파수 범위에 대한 느낌을 더 많이 얻을 수 있습니다. 출처. 가시 광선은 실제로 전자기 복사이며 지금까지 고려한 파동보다 더 높은 주파수 범위를 가로 질러 파동으로 이동합니다. 예를 들어, 보라색 빛의 주파수는 약에프 = 7.5 × 1014 Hz; 파도의주기는 무엇입니까?
이전 섹션의 빈도-주기 관계를 사용하여 쉽게 계산할 수 있습니다.
\ begin {aligned} T & = \ frac {1} {f} \\ & = \ frac {1} {7.5 × 10 ^ {14} \; \ text {Hz}} \\ & = 1.33 × 10 ^ {− 15} \; \ text {s} \ end {정렬}
이것은 막 끝났습니다펨토초, 이것은 백만 분의 1 초입니다 – 엄청나게 짧은 시간입니다!
Wi-Fi 신호는 또 다른 형태의 전자기파이며 사용되는 주요 대역 중 하나에는주기가있는 파동이 있습니다.티 = 4.17 × 10−10 s (즉, 약 0.4 나노초). 이 대역의 주파수는 무엇입니까? 계속 읽기 전에 이전 섹션에서 주어진 관계에서 해결해보십시오.
빈도는 다음과 같습니다.
\ begin {정렬} f & = \ frac {1} {T} \\ & = \ frac {1} {4.17 × 10 ^ {-10} \; \ text {s}} \\ & = 2.40 × 10 ^ { 9} \; \ text {Hz} \ end {정렬}
이것은 2.4GHz Wi-Fi 대역입니다.
마지막으로 미국의 TV 채널은 다양한 주파수에서 방송되지만 III 대역 주파수 범위의 일부는에프= 200MHz = 200 × 106 Hz. 이 신호의주기는 얼마입니까? 즉, 안테나가 파동의 한 피크와 다음 피크를 포착하는 사이에 얼마나 많은 시간이 경과합니까?
동일한 관계 사용 :
\ begin {aligned} T & = \ frac {1} {f} \\ & = \ frac {1} {200 × 10 ^ {6} \; \ text {Hz}} \\ & = 5 × 10 ^ {- 9} \; \ text {s} \ end {정렬}
즉, 5 나노초입니다.