Од таласа воде који искачу на обалу до електромагнетних таласа који преносе Ви-Фи сигнале које користите за приступ овом чланку, таласи су свуда око нас, афреквенцијаираздобљеталаса су две најважније карактеристике помоћу којих их можете описати.
Чак и више од тога, фреквенција и период су важни концепти за описивање било које врсте периодичног кретања, укључујући једноставни хармоник осцилатори попут њихања и клатна, па је учење о томе шта они значе и како их израчунати апсолутно неопходно за савладавање стање.
Добра вест је да се са оба концепта прилично лако можете суочити, а са једначинама је прилично једноставно радити. Дефиниција фреквенције је углавном оно што бисте очекивали на основу вашег интуитивног разумевања концепта и колоквијална дефиниција речи, и иако је период мало другачији, они су уско повезани и ви ћете то покупити брзо.
Дефиниција фреквенције
У свакодневном језику, учесталост нечега је колико често се то догађа; на пример, учесталост недеље је једна недељно, а оброка три дневно. Ово је у основи исто што и дефиниција фреквенције у физици, с малом разликом: фреквенција нечега је број циклуса или осцилација предмета или таласа у јединици времена. И даље вам говори колико се често нешто догађа, али ствар је потпуна осцилација покретног објекта или таласа, а временски период је увек други.
У симболима, фреквенцијафнечега је бројносцилација у јединици временаттако:
ф = \ фрац {н} {т}
Фреквенције су наведене као број у Херцу (Хз), јединици која носи име немачког физичара Хеинрицха Хертза, а која се може изразити у основним (СИ) јединицама као с−1 или „у секунди“. Број осцилација је само број (без јединица!), Али ако наведете фреквенцију од 1 Хз, заиста сте говорећи „једна осцилација у секунди“, а ако наведете фреквенцију од 10 Хз, кажете „10 осцилација у секунди“. Стандард Важе и СИ префикси, па је килохерц (кХз) 1.000 херца, мегахерц (МХз) милион херца, а гигахерц (ГХз) милијарда херц.
Једна важна ствар коју треба запамтити је да на сваком таласу треба да одаберете референтну тачку коју ћете назвати почетком једне осцилације. Та осцилација ће се завршити на тачки подударања на таласу. Избор врха сваког таласа као референтне тачке обично је најлакши приступ, али све док је иста тачка на свакој осцилацији, фреквенција ће бити иста.
Удаљеност између ове две одговарајуће референтне тачке назива сеталасна дужинаталаса, што је још једна кључна карактеристика свих таласа. Као таква, фреквенција се може дефинисати као број таласних дужина које сваке секунде пролазе одређену тачку.
Примери фреквенције
Разматрање неких примера и нискофреквентних и високофреквентних осцилација може вам помоћи да се упознате са кључним концептом. Размислите о таласима који се котрљају на обалу, с новим таласом који се котрља на обалу сваких пет секунди; како се ради на фреквенцији? На основу горе цитиране основне формуле, уз једну осцилацију (тј. Једну комплетну таласну дужину, од гребена до гребена) која траје пет секунди, добијате:
ф = \ фрац {1} {5 \; \ тект {с}} = 0,2 \; \ тект {Хз}
Као што видите, фреквенције могу бити мање од једне у секунди!
За дете на љуљашци, крећући се напред-назад од места где су гурнута, пуна осцилација је време потребно за замах напред и повратак у тачку на задњем делу љуљашке. Ако ово траје две секунде након почетног нагуравања, колика је фреквенција њихања? Користећи исту формулу добијате:
ф = \ фрац {1} {2 \; \ тект {с}} = 0,5 \; \ тект {Хз}
Остале фреквенције су много брже. На пример, узмите у обзир жицу гитаре која се чупа, при чему свака осцилација тече из положаја у који је низ пуштен, изнад положаја за одмор, на другу страну положаја за одмор и назад горе. Замислите да доврши 100 таквих осцилација за 0,91 секунде: колика је фреквенција низа?
Опет, иста формула даје:
ф = \ фрац {100} {0,91 \; \ текст {с}} = 109,9 \; \ текст {Хз}
Ово је око 110 Хз, што је тачна висина звучног таласа ноте. Фреквенције постају много веће од ове; на пример, опсег радио-фреквенција креће се од десетина херца до стотина гигахерца!
Дефиниција периода
ТачкаТ.вала можда није термин који вам је познат ако раније нисте студирали физику, али његова дефиниција је и даље прилично јасна. Тхепериод таласаје време потребноједно осциловањеда се одржи или да једна комплетна таласна дужина прође референтну тачку. Ово има СИ јединице секунди, јер је то једноставно вредност у јединици времена. Приметићете да је ово реципрочна вредност фреквенцијске јединице, херца (тј. 1 / Хз), и ово је важан показатељ односа између фреквенције и периода таласа.
Однос између фреквенције и периода
Учесталост и период таласа суобрнутоповезани једни са другима, а једног од њих требате знати само да бисте разрадили другог. Дакле, ако сте успешно измерили или пронашли фреквенцију таласа, можете израчунати период и обрнуто.
Два математичка односа су:
ф = \ фрац {1} {Т}
Т = \ фрац {1} {ф}
Гдефје фреквенција иТ.је период. Речима, фреквенција је реципрочна за период, а период је реципрочна за фреквенцију. Ниска фреквенција значи дужи период, а виша фреквенција краћи период.
Да бисте израчунали фреквенцију или период, онда само направите "1 преко" коју количину већ знате, а резултат ће бити друга величина.
Још примера прорачуна
Постоји огроман распон различитих извора таласа које можете користити, на пример фреквенцију и период израчунавања, и што више радите за то ћете имати осећај за фреквенцијски опсег различитих извори. Видљива светлост је заиста електромагнетно зрачење и путује у облику таласа кроз опсег виших фреквенција од до сада разматраних таласа. На пример, љубичасто светло има фреквенцију окоф = 7.5 × 1014 Хз; који је период таласа?
Користећи однос фреквенције и периода из претходног одељка, можете лако израчунати ово:
\ почетак {поравнато} Т & = \ фрац {1} {ф} \\ & = \ фрац {1} {7,5 × 10 ^ {14} \; \ текст {Хз}} \\ & = 1,33 × 10 ^ {- 15} \; \ текст {с} \ крај {поравнато}
Ово је мало више од афемтосекунда, што је милионити део милијардитог дела секунде - невероватно кратак временски размак!
Ваш Ви-Фи сигнал је други облик електромагнетног таласа, а један од главних опсега који се користи има таласе са периодом одТ. = 4.17 × 10−10 с (тј. око 0,4 наносекунде). Која је фреквенција овог опсега? Покушајте то да разрешите из односа датог у претходном одељку пре него што прочитате даље.
Учесталост је:
\ почетак {поравнато} ф & = \ фрац {1} {Т} \\ & = \ фрац {1} {4,17 × 10 ^ {- 10} \; \ текст {с}} \\ & = 2,40 × 10 ^ { 9} \; \ текст {Хз} \ крај {поравнато}
Ово је Ви-Фи опсег од 2,4 ГХз.
Коначно, ТВ канали у САД се емитују на различитим фреквенцијама, али неки у опсегу ИИИ фреквенцијског опсега имају окоф= 200 МХз = 200 × 106 Хз. Који је период овог сигнала, или другим речима, колико времена прође између ваше антене која преузима један врх таласа и следећи?
Користећи исти однос:
\ почетак {поравнато} Т & = \ фрац {1} {ф} \\ & = \ фрац {1} {200 × 10 ^ {6} \; \ текст {Хз}} \\ & = 5 × 10 ^ {- 9} \; \ текст {с} \ крај {поравнато}
Речима, ово је 5 наносекунди.
