Θεμελιώδης συχνότητα έναντι φυσικής συχνότητας
Η φυσική συχνότητα και η θεμελιώδης συχνότητα είναι δύο φαινόμενα που σχετίζονται με τα κύματα και είναι πολύ σημαντικά. Αυτά τα φαινόμενα έχουν μεγάλη σημασία σε τομείς όπως η μουσική, οι κατασκευαστικές τεχνολογίες, η πρόληψη καταστροφών, η ακουστική και το μεγαλύτερο μέρος της ανάλυσης φυσικών συστημάτων. Είναι ζωτικής σημασίας να έχουμε σαφή κατανόηση αυτών των εννοιών προκειμένου να διαπρέψουμε σε τέτοιους τομείς. Σε αυτό το άρθρο, θα συζητήσουμε τι είναι η θεμελιώδης συχνότητα και η φυσική συχνότητα, οι ορισμοί, οι εφαρμογές τους, τα φαινόμενα που συνδέονται με τη φυσική συχνότητα και τη θεμελιώδη συχνότητα, τις ομοιότητές τους και τέλος τις διαφορές μεταξύ της φυσικής συχνότητας και της θεμελιώδους συχνότητας.
Τι είναι η φυσική συχνότητα;
Κάθε σύστημα έχει μια ιδιότητα που ονομάζεται φυσική συχνότητα. Το σύστημα θα ακολουθήσει αυτή τη συχνότητα, εάν το σύστημα πρόκειται να εφοδιαστεί με μια μικρή ταλάντωση. Η φυσική συχνότητα ενός συστήματος είναι πολύ σημαντική. Γεγονότα όπως οι σεισμοί και οι άνεμοι μπορούν να προκαλέσουν καταστροφή σε αντικείμενα με την ίδια φυσική συχνότητα με το ίδιο το γεγονός. Είναι πολύ σημαντικό να κατανοήσουμε και να μετρήσουμε τη φυσική συχνότητα ενός συστήματος προκειμένου να το προστατεύσουμε από τέτοιες φυσικές καταστροφές. Η φυσική συχνότητα σχετίζεται άμεσα με τον συντονισμό. Όταν σε ένα σύστημα (π.χ. σε ένα εκκρεμές) δοθεί μια μικρή ταλάντωση, θα αρχίσει να ταλαντεύεται. Η συχνότητα με την οποία ταλαντεύεται είναι η φυσική συχνότητα του συστήματος. Τώρα φανταστείτε μια περιοδική εξωτερική δύναμη που εφαρμόζεται στο σύστημα. Η συχνότητα αυτής της εξωτερικής δύναμης δεν είναι απαραίτητα παρόμοια με τη φυσική συχνότητα του συστήματος. Αυτή η δύναμη θα προσπαθήσει να ταλαντώσει το σύστημα στη συχνότητα της δύναμης. Αυτό δημιουργεί ένα ανομοιόμορφο μοτίβο. Κάποια ενέργεια από την εξωτερική δύναμη απορροφάται από το σύστημα. Ας εξετάσουμε τώρα την περίπτωση όπου οι συχνότητες είναι ίδιες. Σε αυτή την περίπτωση, το εκκρεμές θα ταλαντεύεται ελεύθερα με τη μέγιστη ενέργεια που απορροφάται από την εξωτερική δύναμη. Αυτό ονομάζεται συντονισμός. Συστήματα όπως κτίρια, ηλεκτρονικά και ηλεκτρικά κυκλώματα, οπτικά συστήματα, συστήματα ήχου, ακόμη και βιολογικά συστήματα έχουν φυσικές συχνότητες. Μπορούν να έχουν τη μορφή σύνθετης αντίστασης, ταλάντωσης ή υπέρθεσης, ανάλογα με το σύστημα.
Τι είναι η Θεμελιώδης Συχνότητα;
Η θεμελιώδης συχνότητα είναι μια έννοια που συζητείται στα στάσιμα κύματα. Φανταστείτε δύο πανομοιότυπα κύματα, τα οποία ταξιδεύουν σε αντίθετες κατευθύνσεις. Όταν αυτά τα δύο κύματα συναντώνται, το αποτέλεσμα ονομάζεται στάσιμο κύμα. Η εξίσωση ενός κύματος που ταξιδεύει σε διεύθυνση +x είναι y=A sin (ωt – kx), και η εξίσωση για ένα παρόμοιο κύμα που ταξιδεύει στην κατεύθυνση -x είναι y=A sin (ωt + kx). Σύμφωνα με την αρχή της υπέρθεσης, η προκύπτουσα κυματομορφή από την επικάλυψη αυτών των δύο είναι y=2A sin (kx) cos (ωt). Αυτή είναι η εξίσωση ενός στάσιμου κύματος. «x» είναι η απόσταση από την προέλευση· για μια δεδομένη τιμή x, το 2A sin (kx) γίνεται σταθερά. Το Sin (kx) κυμαίνεται μεταξύ -1 και +1. Επομένως, το μέγιστο πλάτος του συστήματος είναι 2Α. Η θεμελιώδης συχνότητα είναι ιδιότητα του συστήματος. Στη θεμελιώδη συχνότητα, τα δύο άκρα των συστημάτων δεν ταλαντώνονται και είναι γνωστά ως κόμβοι. Το κέντρο του συστήματος ταλαντώνεται με το μέγιστο πλάτος και είναι γνωστό ως αντικόμβος.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της φυσικής συχνότητας και της θεμελιώδους συχνότητας;
• Η φυσική συχνότητα είναι μια ιδιότητα που αφορά τις ταλαντώσεις, αλλά η θεμελιώδης συχνότητα είναι μια ιδιότητα που αφορά τα κύματα.
• Κάθε σύστημα έχει μια φυσική συχνότητα, αλλά η θεμελιώδης συχνότητα εμφανίζεται μόνο σε ορισμένα από τα συστήματα.
• Για τη θεμελιώδη συχνότητα, απαιτείται η υπέρθεση δύο όμοιων κυμάτων που κινούνται αντίθετα, αλλά για τη φυσική συχνότητα απαιτείται μόνο μία ταλάντωση.
