Все на планеті має свою частоту. Згідно з однією з версій, вона навіть покладена в основу нашого світу. На жаль, теорія дуже складна, щоб викладати її в рамках однієї публікації, тому нами буде розглянута виключно частота коливань як самостійна дія. В рамках статті буде дано визначення цього фізичному процесу, його одиницям вимірювань і метрологічної складової. І під кінець буде розглянуто приклад важливості в звичайному житті звичайного звуку. Ми дізнаємося, що він собою являє і яка його природа.
Що називають частотою коливань?
Під цим розуміють фізичну величину, яка використовується для характеристики періодичного процесу, що дорівнює кількості повторень або виникнень певних подій за одну одиницю часу. Цей показник розраховується як відношення числа цих подій до проміжку часу, за який вони були здійснені. Власна частота коливань є у кожного елемента світу. Тіло, атом, дорожній міст, поїзд, літак - усі вони роблять певні рухи, які так називаються. Нехай ці процеси не видно оку, вони є. Одиницями вимірювань, в яких вважається частота коливань, є герци. Свою назву вони отримали на честь фізика німецького походження Генріха Герца.
миттєва частота
Періодичний сигнал можна охарактеризувати миттєвої частотою, яка з точністю до коефіцієнта є швидкістю зміни фази. Його можна уявити як суму гармонійних спектральних складових, що володіють своїми постійними коливаннями.
Циклічна частота коливань
Її зручно застосовувати в теоретичній фізиці, особливо в розділі про електромагнетизм. Циклічна частота (її також називають радіальної, кругової, кутовий) - це фізична величина, яка використовується для позначення інтенсивності походження коливального або обертального руху. Перша виражається в обертах або коливаннях на секунду. При обертальному русі частота дорівнює модулю вектора кутової швидкості.
Вираз цього показника здійснюється в радіанах на одну секунду. Розмірність циклічної частоти є зворотною часу. У числовому вираженні вона дорівнює числу коливань або оборотів, що відбулися за кількість секунд 2pi-. Її введення для використання дозволяє значно спрощувати різний спектр формул в електроніці і теоретичної фізики. Найпопулярніший приклад використання - це обрахування резонансної циклічної частоти коливального LC-контура. Інші формули можуть значно ускладнюватися.
Частота дискретних подій
Під цією величиною увазі значення, що дорівнює числу дискретних подій, які відбуваються за одну одиницю часу. У теорії зазвичай використовується показник - секунда в мінус першого ступеня. На практиці, щоб висловити частоту імпульсів, зазвичай застосовують герц.
Частота обертів
Під нею розуміють фізичну величину, яка дорівнює числу повних обертів, що відбуваються за одну одиницю часу. Тут також застосовується показник - секунда в мінус першого ступеня. Для позначення зробленої роботи можуть використовувати такі словосполучення, як оборот в хвилину, годину, день, місяць, рік та інші.
Одиниці виміру
У чому ж вимірюється частота коливань? Якщо брати до уваги систему СІ, то тут одиниця виміру - це герц. Спочатку вона була введена міжнародної електротехнічної комісією ще в 1930 році. А 11-та генеральна конференція за вагами і заходам в 1960-м закріпила вживання цього показника як одиниці СІ. Що було висунуто в якості «ідеалу»? Їм виступила частота, коли один цикл відбувається за одну секунду.
Але що робити з виробництвом? Для них були закріплені довільні значення: кілоциклів, мегацикли в секунду і так далі. Тому беручи в руки пристрій, який працює з показником в ГГц (як процесор комп`ютера), можете приблизно уявити, скільки дій воно робить. Здавалося б, як повільно для людини тягнеться час. Але техніка за той же проміжок встигає виконувати мільйони і навіть мільярди операцій в секунду. За одну годину комп`ютер робить вже стільки дій, що більшість людей навіть не зможуть представити їх в чисельному вираженні.
метрологічні аспекти
Частота коливань знайшла своє застосування навіть в метрології. Різні пристрої мають багато функцій:
- Вимірюють частоту імпульсів. Вони представлені електронно-рахунковими і конденсаторними типами.
- Визначають частоту спектральних складових. Існують гетеродинні і резонансні типи.
- Проводять аналіз спектра.
- Відтворюють необхідну частоту із заданою точністю. При цьому можуть застосовуватися різні заходи: стандарти, синтезатори, генератори сигналів і інша техніка цього напрямку.
- Порівнюють показники отриманих коливань, в цих цілях використовують компаратор або осцилограф.
Приклад роботи: звук
Все вище написане може бути досить складним для розуміння, оскільки нами використовувався суху мову фізики. Щоб усвідомити наведену інформацію, можна привести приклад. У ньому все буде детально розписано, грунтуючись на аналізі випадків із сучасного життя. Для цього розглянемо найвідоміший приклад коливань - звук. Його властивості, а також особливості здійснення механічних пружних коливань в середовищі, знаходяться в прямій залежності від частоти.
Людські органи слуху можуть уловлювати коливання, які знаходяться в рамках від 20 Гц до 20 кГц. Причому з віком верхня межа буде поступово знижуватися. Якщо частота коливань звуку впаде нижче за показник в 20 Гц (що відповідає ми субконтроктави), то буде створюватися інфразвук. Цей тип, який в більшості випадків не чути нам, люди все ж можуть відчувати осязательно. При перевищенні межі в 20 кілогерц генеруються коливання, які називаються ультразвуком. Якщо частота перевищить 1 ГГц, то в цьому випадку ми будемо мати справу з гіперзвуком. Якщо розглядати такий музичний інструмент, як фортепіано, то він може створювати коливання в діапазоні від 27,5 Гц до 4186 Гц. При цьому слід враховувати, що музичний звук не складається тільки з основної частоти - до нього ще домішуються обертони, гармоніки. Це все разом визначає тембр.
висновок
Як ви мали можливість дізнатися, частота коливань є надзвичайно важливою складовою, яка дозволяє функціонувати нашого світу. Завдяки їй ми можемо чути, з її сприяння працюють комп`ютери і здійснюється безліч інших корисних речей. Але якщо частота коливань перевищить оптимальний межа, то можуть початися певні руйнування. Так, якщо вплинути на процесор, щоб його кристал працював з удвічі більшими показниками, то він швидко вийде з ладу.
Подібне можна привести і з людським життям, коли при високій частотності у нього лопнуть барабанні перетинки. Також відбудуться інші негативні зміни з тілом, які спричинять за собою певні проблеми, аж до смертельного результату. Причому через особливості фізичної природи цей процес розтягнеться на досить тривалий проміжок часу. До речі, беручи до уваги цей фактор, військові розглядають нові можливості для розробки озброєння майбутнього.
