Como calcular a frequência de oscilação

Oscilação é um tipo demovimento periódico. Um movimento é considerado periódico se se repetir após intervalos regulares de tempo, como o movimento de uma agulha de máquina de costura, movimento das pontas de um diapasão e um corpo suspenso por uma mola. Se uma partícula se move para frente e para trás ao longo do mesmo caminho, seu movimento é considerado oscilatório ou vibratório, e ofrequênciadeste movimento é uma de suas características físicas mais importantes.

O deslocamento de uma partícula realizando um movimento periódico pode ser expresso em termos de funções seno e cosseno. Como essas funções são chamadas de funções harmônicas, o movimento periódico também é conhecido como movimento harmônico.

Entre todos os tipos de oscilações, omovimento harmônico simples(SHM) é o tipo mais importante. No SHM, uma força de magnitude e direção variadas atua na partícula. É importante notar que SHM tem aplicações importantes não apenas em mecânica, mas também em óptica, som e física atômica.

Diz-se que um corpo realiza um movimento harmônico simples linear se

1. Ele se move para frente e para trás periodicamente ao longo de uma linha reta.
2. Sua aceleração é sempre direcionada para sua posição média.
3. A magnitude de sua aceleração é proporcional à magnitude de seu deslocamento da posição média.

A equação:

é usado para definir um movimento harmônico simples linear (SHM), em queFé a magnitude da força restauradora;xé o pequeno deslocamento da posição média; eKé a constante de força. O sinal negativo indica que a direção da força é oposta à direção do deslocamento.

Alguns exemplos de movimento harmônico simples são o movimento de um pêndulo simples para pequenas oscilações e um ímã vibratório em uma indução magnética uniforme.

Considere uma partícula realizando uma oscilação ao longo do caminho QOR com O como a posição média e Q e R como suas posições extremas em ambos os lados de O. Suponha que em um determinado instante da oscilação, a partícula está em P. A distância percorrida pela partícula de sua posição média é chamada de deslocamento (x) ou seja, OP =x​.

O deslocamento é sempre medido a partir da posição média, qualquer que seja o ponto de partida. Por exemplo, mesmo se a partícula viajar de R para P, o deslocamento ainda permanecex​.

Oamplitude (UMA) da oscilaçãoé definido como o deslocamento máximo (x​_max) da partícula em cada lado de sua posição média, isto é,UMA= OQ = OR.UMAé sempre considerado positivo e, portanto, a amplitude da fórmula de oscilação é apenas a magnitude do deslocamento da posição média. A distância QR = 2UMAé chamado de comprimento do caminho ou extensão da oscilação ou caminho total da partícula oscilante.

O período (T) da oscilação é definido como o tempo que a partícula leva para completar uma oscilação. Depois do tempoT, a partícula passa pela mesma posição na mesma direção.

A definição da frequência de oscilação é simplesmente o número de oscilações realizadas pela partícula em um segundo.

DentroTsegundos, a partícula completa uma oscilação.

Portanto, o número de oscilações em um segundo, ou seja, é a frequênciaf, é:

A frequência de oscilação é medida em ciclos por segundo ou Hertz.

O ouvido humano é sensível a frequências entre 20 Hz e 20.000 Hz, e as frequências nesta faixa são chamadas de frequências sônicas ou audíveis. As frequências acima da faixa da audição humana são chamadas de frequências ultrassônicas, enquanto as frequências que estão abaixo da faixa audível são chamadas de frequências infra-sônicas. Outro termo muito familiar neste contexto é "supersônico". Se um corpo viaja mais rápido do que a velocidade do som, diz-se que viaja a velocidades supersônicas.

As frequências das ondas de rádio (uma onda eletromagnética oscilante) são expressas em quilohertz ou megahertz, enquanto a luz visível tem frequências na faixa de centenas de terrahertz.