Kıyıya vuran su dalgalarından, bu makaleye erişmek için kullandığınız wi-fi sinyallerini taşıyan elektromanyetik dalgalara kadar, dalgalar her yerdedir veSıklıkvedönembir dalgayı tanımlamak için kullanabileceğiniz en önemli özelliklerden ikisidir.
Bundan daha da fazlası, frekans ve periyot, basit harmonik de dahil olmak üzere her tür periyodik hareketi tanımlamak için önemli kavramlardır. salınımlar ve sarkaçlar gibi osilatörler, bu yüzden ne anlama geldiklerini ve nasıl hesaplanacağını öğrenmek, ustalaşmak için kesinlikle gereklidir fizik.
İyi haber şu ki, her iki kavramı da kavramak oldukça kolay ve denklemlerle çalışmak da oldukça basit. Frekansın tanımı, kavram ve frekans hakkındaki sezgisel anlayışınıza dayalı olarak beklediğiniz şeydir. kelimenin günlük konuşma dilindeki tanımı ve nokta biraz farklı olsa da, yakından bağlantılıdırlar ve onu alırsınız hızlı bir şekilde.
Frekansın Tanımı
Günlük dilde, bir şeyin sıklığı, onun ne sıklıkta gerçekleştiğidir; örneğin, Pazar günlerinin sıklığı haftada bir ve öğünlerin sıklığı günde üçtür. Bu, küçük bir farkla, esasen fizikteki frekans tanımıyla aynıdır: Bir şeyin frekansı, bir nesnenin veya dalganın birim zaman başına döngü veya salınım sayısıdır. Size hala bir şeyin ne sıklıkta olduğunu söyler, ancak olay hareket eden nesnenin veya dalganın tam bir salınımıdır ve zaman periyodu her zaman ikincidir.
Sembollerde, frekansfbir şeyin sayısıdırnBirim zamandaki salınımların sayısıtyani:
f=\frac{n}{t}
Frekanslar, Alman fizikçi Heinrich Hertz'in adını taşıyan bir birim olan Hertz (Hz) cinsinden bir sayı olarak belirtilir ve baz (SI) birimlerinde s olarak ifade edilebilir.−1 veya "saniyede". Salınım sayısı yalnızca bir sayıdır (birimsiz!), ancak 1 Hz'lik bir frekans verirseniz, gerçekten "saniyede bir salınım" diyorsunuz ve 10 Hz'lik bir frekanstan alıntı yapıyorsanız, "saniyede 10 salınım" diyorsunuz. Standart SI önekleri de geçerlidir, bu nedenle kilohertz (kHz) 1.000 hertz, megahertz (MHz) 1 milyon hertz ve gigahertz (GHz) 1 milyardır. hertz.
Hatırlanması gereken önemli bir şey, her dalga üzerinde bir salınımın başlangıcı olarak adlandıracağınız bir referans noktası seçmeniz gerektiğidir. Bu salınım, dalga üzerinde eşleşen bir noktada sona erecektir. Her dalganın tepe noktasını referans noktası olarak seçmek genellikle en kolay yaklaşımdır, ancak her salınım üzerinde aynı nokta olduğu sürece frekans aynı olacaktır.
Bu iki eşleşen referans noktası arasındaki mesafeye denir.dalga boyutüm dalgaların bir başka önemli özelliği olan dalganın. Bu nedenle frekans, her saniye belirli bir noktadan geçen dalga boylarının sayısı olarak tanımlanabilir.
Frekans Örnekleri
Hem düşük frekanslı hem de yüksek frekanslı salınımların bazı örneklerini göz önünde bulundurmak, anahtar kavramı kavramanıza yardımcı olabilir. Her beş saniyede bir kıyıya yuvarlanan yeni bir dalga ile kıyıya yuvarlanan dalgaları düşünün; frekansı nasıl hesaplıyorsunuz? Yukarıda alıntılanan temel formüle göre, bir salınım (yani tepeden tepeye bir tam dalga boyu) beş saniye sürer, şunları elde edersiniz:
f=\frac{1}{5 \;\text{s}} =0.2\;\text{Hz}
Gördüğünüz gibi, frekanslar saniyede birden az olabilir!
Salıncakta sallanan bir çocuk için, itildiği noktadan ileri geri hareket eden bir çocuk için, tam bir salınım, salıncak setinin arkasındaki noktadan ileri sallanmak ve geri dönmek için geçen süredir. Bu, ilk basıştan sonra iki saniye sürerse, sallanmanın sıklığı nedir? Aynı formülü kullanarak şunları elde edersiniz:
f=\frac{1}{2 \;\text{s}} =0.5\;\text{Hz}
Diğer frekanslar çok daha hızlıdır. Örneğin, bir gitarın A telinin koparıldığını ve her salınım aşağıdaki konumdan devam ettiğini düşünün. ipin serbest bırakıldığı, dinlenme pozisyonunun üzerinde, dinlenme pozisyonunun diğer tarafına aşağı ve geri yukarı. Bu tür 100 salınımı 0,91 saniyede tamamladığını hayal edin: sicimin frekansı nedir?
Yine aynı formül şunları verir:
f=\frac{100}{0.91 \;\text{s}} =109.9\;\text{Hz}
Bu, A notasının ses dalgası için doğru perde olan 110 Hz civarındadır. Frekanslar da bundan çok daha yüksek oluyor; örneğin, radyo frekansı aralığı onlarca hertz'den yüzlerce gigahertz'e kadar uzanır!
Dönem Tanımı
PeriyotTDaha önce fizik eğitimi almadıysanız, dalganın tanımı aşina olduğunuz bir terim olmayabilir, ancak tanımı hala oldukça basittir.dalganın periyoduiçin gereken zamandırbir salınımveya tam bir dalga boyunun bir referans noktasından geçmesi için. Bunun SI saniye(ler) birimleri vardır, çünkü bu sadece zaman birimindeki bir değerdir. Bunun frekans biriminin, hertz'in (yani 1 / Hz) karşılığı olduğunu ve bunun bir dalganın frekansı ile periyodu arasındaki ilişki için önemli bir ipucu olduğunu not edeceksiniz.
Frekans ve Periyot Arasındaki İlişki
Bir dalganın frekansı ve periyodu,tersbirbiriyle ilişkilidir ve diğerini çözmek için bunlardan birini bilmeniz yeterlidir. Dolayısıyla, bir dalganın frekansını başarıyla ölçtüyseniz veya bulduysanız, periyodu hesaplayabilir veya bunun tersini yapabilirsiniz.
İki matematiksel ilişki şunlardır:
f=\frac{1}{T}
T=\frac{1}{f}
Neredeffrekans veTdönemdir. Başka bir deyişle, frekans periyodun tersidir ve periyot frekansın tersidir. Düşük bir frekans daha uzun bir süre anlamına gelir ve daha yüksek bir frekans daha kısa bir süre anlamına gelir.
Frekansı veya periyodu hesaplamak için, zaten bildiğiniz miktarı “1 bölü” yapın ve sonuç diğer miktar olacaktır.
Daha Fazla Örnek Hesaplama
Frekans ve periyot gibi kullanabileceğiniz çok çeşitli farklı dalga kaynakları vardır. hesaplamalar ve ne kadar çok çalışırsanız, farklı frekans aralığı için o kadar çok fikir edinirsiniz. kaynaklar. Görünür ışık gerçekten elektromanyetik radyasyondur ve şimdiye kadar düşünülen dalgalardan daha yüksek bir frekans aralığında bir dalga olarak hareket eder. Örneğin, mor ışığın frekansı yaklaşık olarakf = 7.5 × 1014 Hz; dalganın periyodu nedir?
Bir önceki bölümdeki frekans-periyot ilişkisini kullanarak bunu kolayca hesaplayabilirsiniz:
\begin{hizalanmış} T&=\frac{1}{f} \\ &= \frac{1}{7,5 × 10^{14} \;\text{Hz}} \\ &= 1,33 × 10^{− 15} \;\text{s} \end{hizalanmış}
Bu sadece birfemtosaniye, saniyenin milyarda birinin milyonda biri - inanılmaz derecede kısa bir zaman alanı!
Wi-fi sinyaliniz elektromanyetik dalganın başka bir şeklidir ve kullanılan ana bantlardan birinin periyodu olan dalgalar vardır.T = 4.17 × 10−10 s (yani, yaklaşık 0.4 nanosaniye). Bu bandın frekansı nedir? Okumaya devam etmeden önce önceki bölümde verilen ilişkiden çözmeye çalışın.
Frekans:
\begin{hizalanmış} f&=\frac{1}{T} \\ &= \frac{1}{4.17 × 10^{-10} \;\text{s}} \\ &= 2.40 × 10^{ 9} \;\text{Hz} \end{hizalı}
Bu, 2.4 GHz wi-fi bandıdır.
Son olarak, ABD'deki TV kanalları bir dizi frekansta yayınlanır, ancak III.f= 200 MHz = 200 × 106 Hz. Bu sinyalin periyodu nedir ya da başka bir deyişle, anteninizin dalganın bir tepe noktasını ve diğerini alması arasında ne kadar zaman geçer?
Aynı ilişkiyi kullanarak:
\begin{hizalanmış} T&=\frac{1}{f} \\ &= \frac{1}{200 × 10^{6} \;\text{Hz}} \\ &= 5 × 10^{- 9} \;\text{s} \end{hizalı}
Sözlü olarak, bu 5 nanosaniyedir.