Вибрации и колебания механических систем остаются одной из важнейших областей исследования в физике. Практически каждая система колеблется или совершает свободные колебания в большом разнообразии.
Что общего у океанского буя, гитары, ребенка на качелях или биения сердца? Все они колеблются — то есть движутся вперед и назад между двумя точками. Человеческое тело само по себе является сокровищницей вибрационных явлений. Даже атомы в нашем теле вибрируют. У каждой колеблющейся системы есть что-то общее. В них задействованы сила и энергия. Вы начинаете движение, толкая ребенка на качелях, или вы можете увеличить энергию атомов, вибрирующих в кристалле, с помощью тепла. Таким образом, колебания создают волны.
Что общего между колебаниями и волнами? Особенность, которая роднит такие явления, — периодичность. Очевидно, что небольшое количество основополагающих принципов описывает все явления, что доказывает, что они встречаются чаще, чем вы могли себе представить. В каждом явлении вы заметите определенный паттерн или движение, которое повторяется снова и снова. Периодическое движение — это движение, которое повторяется снова и снова через регулярные промежутки времени, как, например, движение гитарной струны или движение вперед-назад ребенка на качелях. Время завершения одного цикла вибрации или колебания называется периодом волны. Частота означает количество циклов колебаний в секунду.
Что такое частота?
Частота волны означает количество полных циклов или колебаний, которые происходят за одну секунду. Она измеряется в циклах в секунду или герцах (Гц). Цикл — это одно полное колебание, и колебание может быть одним или несколькими событиями, тогда как колебания в основном повторяются в течение нескольких циклов. Обычно она обозначается буквой «f» и выражается как:
f = 1/T, где «T» — период времени, а «f» — частота.
Что такое период?
Период является обратной величиной частоты и определяется как время, необходимое для одного полного оборота вибрации или колебания. Он просто обозначает время, в течение которого что-то происходит периодически, и измеряется в секундах за цикл. Период времени является обратной величиной по отношению к частоте, что означает, что обе величины обратно пропорциональны друг другу. В форме уравнения период выражается как:
T = 1/f, где «f» — частота, а «T» — период времени.
Разница между периодом и частотой
Определение периода и частоты
Оба термина — период и частота — связаны между собой, поскольку демонстрируют определенный характер движения, но при этом они существенно отличаются друг от друга. Оба термина относятся к периодическим явлениям и часто путаются друг с другом. Период означает количество времени, которое требуется волне для прохождения одного полного цикла колебаний или вибрации. Частота, напротив, относится к количеству полных циклов или колебаний, происходящих в секунду. Период — это величина, связанная со временем, в то время как частота связана со скоростью. Период означает время, в течение которого что-то периодически происходит, тогда как частота означает, как часто это происходит.
Взаимосвязь периода и частоты
Обе величины обратно пропорциональны друг другу. Частота выражается в циклах в секунду, колебаниях в секунду, вибрациях в секунду и т.д. и обычно обозначается буквой «f». Период выражается в секундах на цикл. Единицей частоты является герц (Гц), а «Т» представляет собой период времени одного полного колебания. В математических терминах обе величины взаимно обратны друг другу. В форме уравнения частота и период выражаются как:
f = 1/T, где f — частота, а T — период.
Это также может быть выражено как:
T = 1/f
Пример периода и частоты
Допустим, волна колеблется вверх и вниз в течение одной секунды, значит, период волны равен 1 секунде. Частота и период обратно пропорциональны друг другу. Поскольку за секунду происходит только один цикл, частота волны будет равна 1 циклу в секунду. А если бы волне потребовалось полсекунды, чтобы совершить полный цикл колебаний, период этой волны составил бы 0,5 секунды, а частота — 1/0,5 = 2, то есть 2 цикла в секунду. Таким образом, чем больше период, тем ниже частота и наоборот.
Сводный график зависимости периода от частоты
Как частота, так и период времени являются фундаментальными параметрами волн, связанными друг с другом, однако они существенно отличаются по количеству. Частота волны связана с количеством скорости, тогда как период волны связан с количеством времени. Период времени — это время, необходимое волне для прохождения одного полного цикла колебаний или вибрации, обратное частоте. Частота относится к количеству колебаний, происходящих за одну секунду, что является обратной величиной по отношению к периоду времени. Частота обычно измеряется в герцах (Гц), а период — в секундах. Оба показателя обратно пропорциональны друг другу, то есть если частота выше, то период меньше, и наоборот. Частота обозначается буквой «f», а период — «T».