2 τρόποι υπολογισμού συχνότητας

Η συχνότητα είναι μια θεμελιώδης έννοια όταν πρόκειται για κύματα, είτε πρόκειται για ηλεκτρομαγνητικά κύματα όπως τα ραδιοκύματα και το ορατό φως είτε για μηχανικές δονήσεις όπως τα ηχητικά κύματα.

Η γνώση της συχνότητας ενός κύματος σάς επιτρέπει να υπολογίσετε πόσο συχνά συμβαίνει ένα επαναλαμβανόμενο γεγονός μέσα σε μια δεδομένη χρονική περίοδο. Για να προσδιορίσετε τη συχνότητα, χρησιμοποιήστε το λεγόμενο Τύπος συχνότητας.

Ποιος είναι ο τύπος συχνότητας;

Η συχνότητα, που συχνά υποδηλώνεται με το σύμβολο f και μετριέται σε hertz (Hz), χρησιμεύει ως βασική μέτρηση για τον ποσοτικό προσδιορισμό του πόσο συχνά συμβαίνει ένα επαναλαμβανόμενο γεγονός μέσα σε ένα καθορισμένο χρονικό διάστημα. Ο βασικός τύπος για τον υπολογισμό της συχνότητας είναι απλός:

Εκφρασμένο μαθηματικά, μπορείτε να προσδιορίσετε τη συχνότητα f λαμβάνοντας το αντίστροφο της χρονικής περιόδου T. Η μονάδα συχνότητας είναι το Hertz (Hz), που πήρε το όνομά του από τον Heinrich Hertz, έναν πρωτοπόρο στον τομέα του ηλεκτρομαγνητισμού. Ένα hertz σημαίνει έναν κύκλο κύματος ανά δευτερόλεπτο.

Αυτή η αντίστροφη σχέση μεταξύ συχνότητας και χρονικής περιόδου (μερικές φορές ονομάζεται περίοδος κύματος) υποδηλώνει ότι όσο αυξάνεται η χρονική περίοδος, η συχνότητα μειώνεται και αντίστροφα.

Εδώ είναι ένας άλλος τύπος που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε για να υπολογίσετε τη συχνότητα:

Η κατανόηση αυτών των δύο τύπων συχνότητας θα σας βοηθήσει να ερμηνεύσετε τη συμπεριφορά των κυμάτων σε διαφορετικά περιβάλλοντα.

Κατανόηση των κυμάτων

Για να κατανοήσετε καλύτερα τις περιπλοκές της συχνότητας και πώς λειτουργεί ο τύπος συχνότητας, είναι απαραίτητο να εξοικειωθείτε με ορισμένους βασικούς όρους και έννοιες που σχετίζονται με τα κύματα.

• Κύμα: Το κύμα είναι μια διαταραχή που διαδίδεται στο διάστημα και μεταφέρει ενέργεια. Μεταφέρει ενέργεια και όχι ύλη από το ένα σημείο στο άλλο. Παραδείγματα περιλαμβάνουν ηχητικά κύματα, ηλεκτρομαγνητικά κύματα (όπως το φως) και ραδιοκύματα.

• Κυματικός κύκλος: Ο κύκλος ενός κύματος αναφέρεται σε μια πλήρη κυματομορφή από ένα συγκεκριμένο σημείο του κύματος στο ίδιο σημείο στο επόμενο πανομοιότυπο κύμα.

• μήκος κύματος: Η απόσταση μεταξύ δύο διαδοχικών σημείων ενός κύματος που βρίσκονται σε φάση (π.χ. από τη μια κορυφή κύματος στην επόμενη κορυφή κύματος ή από μια κοιλότητα κύματος στην επόμενη κοιλότητα κύματος) είναι ίση με το μήκος κύματος (λ). Κανονικά το μήκος κύματος δίνεται σε μέτρα (m).

• ταχύτητα κύματος: Η ταχύτητα κύματος (v), που ονομάζεται επίσης ταχύτητα κύματος, δείχνει την ταχύτητα με την οποία ένα κύμα κινείται σε ένα συγκεκριμένο μέσο. Οι άνθρωποι συνήθως εκφράζουν αυτήν την παράμετρο σε μέτρα ανά δευτερόλεπτο (m/s).

• Περίοδος: Ο χρόνος που χρειάζεται για να συμβεί ένας πλήρης κύκλος κύματος ονομάζεται χρονική περίοδος. Μετριέται σε δευτερόλεπτα (s).

• Γωνιακή συχνότητα: Η γωνιακή συχνότητα συμβολίζεται με το ελληνικό γράμμα Ωμέγα (ω) και δημιουργεί μια σχέση μεταξύ της συχνότητας και της χρονικής περιόδου ενός κύματος.

Η ιστορία συνεχίζεται

Η σημασία της συχνότητας

Η συχνότητα έχει βαθιές επιπτώσεις σε πολλούς διαφορετικούς επιστημονικούς κλάδους και πρακτικές εφαρμογές, όπως:

• Επικοινωνίες και τηλεπικοινωνίες: Η διαχείριση του φάσματος είναι θεμελιώδης για τις εκπομπές, τα κυψελωτά δίκτυα και τις ασύρματες επικοινωνίες. Τα συστήματα εκχωρούν διαφορετικές ζώνες συχνοτήτων για συγκεκριμένους σκοπούς επικοινωνίας, διασφαλίζοντας ότι τα σήματα δεν παρεμβαίνουν μεταξύ τους.

• Ηλεκτρομαγνητικό φάσμα: Καλύπτει ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων, από εξαιρετικά χαμηλές συχνότητες (ELF) έως εξαιρετικά υψηλές συχνότητες (EHF). Το ορατό φως είναι επίσης μέρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος και η συχνότητα καθορίζει το συγκεκριμένο χρώμα του φωτός.

• Ενέργεια και δονήσεις: Τα κύματα υψηλότερης συχνότητας μεταφέρουν περισσότερη ενέργεια ανά μονάδα χρόνου από τα κύματα χαμηλότερης συχνότητας. Αυτή η αρχή είναι ζωτικής σημασίας στη μηχανική και την κατασκευή, όπου η κατανόηση της συχνότητας των μηχανικών κραδασμών βοηθά στη διασφάλιση της δομικής ακεραιότητας των κτιρίων.

• Ηχητικά κύματα: Στις μηχανικές δονήσεις, η συχνότητα είναι το κλειδί για την κατανόηση του ύψους. Ένα ηχητικό κύμα υψηλότερης συχνότητας έχει ως αποτέλεσμα ήχο υψηλότερου τόνου, ενώ ένα ηχητικό κύμα χαμηλότερης συχνότητας οδηγεί σε ήχο χαμηλότερου τόνου. Οι μουσικοί χρησιμοποιούν συχνότητες για να κουρδίσουν τα όργανά τους.

Πρακτικά παραδείγματα του τύπου συχνότητας

Ακολουθούν δύο παραδείγματα για το πώς μπορεί να χρειαστεί να προσδιορίσετε τη συχνότητα σε σενάρια πραγματικού κόσμου.

παράδειγμα 1

Ένας ραδιοφωνικός σταθμός εκπέμπει το σήμα του σε συχνότητα 98,5 megahertz (MHz). Φανταστείτε ότι θέλετε να βρείτε την αντίστοιχη περίοδο ενός κύκλου του ραδιοκυμάτων.

Για να βρείτε την περίοδο, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον τύπο συχνότητας:

Εάν αναδιατάξετε τον τύπο που θα λύσετε για το T, λαμβάνετε:

Εάν συνδέσετε τη συχνότητα 98,5 MHz έχετε:

Χρησιμοποιώντας αυτόν τον υπολογισμό, μπορείτε να προσδιορίσετε ότι ένας κύκλος του ραδιοκυμάτων έχει περίοδο περίπου 10,15 νανοδευτερόλεπτα.

Παράδειγμα 2

Μια χορδή κιθάρας δονείται σε συχνότητα 440 Hz όταν παράγεται η νότα Α4. Ας υποθέσουμε ότι θέλετε να βρείτε το μήκος κύματος αυτού του ηχητικού κύματος στον αέρα.

Για να βρείτε το μήκος κύματος, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τη σχέση μεταξύ ταχύτητας κύματος, συχνότητας και μήκους κύματος:

Αν αναδιατάξετε τον τύπο που θα λύσετε για το λ, θα έχετε:

Η ταχύτητα του ήχου στον αέρα είναι περίπου 343 μέτρα ανά δευτερόλεπτο (m/s). Εάν συνδέσετε τη συχνότητα των 440 Hz, λαμβάνετε:

Αυτός ο υπολογισμός δείχνει ότι το μήκος κύματος του ηχητικού κύματος που παράγει τη νότα Α4 είναι περίπου 0,78 μέτρα στον αέρα.

Διαφορετικά εύρη συχνοτήτων

Η συχνότητα μπορεί να καλύψει ένα ευρύ φάσμα τιμών. Ακολουθούν μερικά παραδείγματα διαφορετικών ζωνών συχνοτήτων και οι εφαρμογές τους:

• Υπέρυθρα κύματα (IR).: Τα τηλεχειριστήρια, η θερμική απεικόνιση και η φασματοσκοπία χρησιμοποιούν κύματα υπερύθρων των οποίων η συχνότητα είναι ελαφρώς χαμηλότερη από αυτή του ορατού φωτός.

• Φούρνοι μικροκυμάτων: Οι φούρνοι μικροκυμάτων, οι δορυφορικές επικοινωνίες και τα συστήματα ραντάρ χρησιμοποιούν μικροκύματα που βρίσκονται στην περιοχή των gigahertz (GHz).

• Ραδιοκύματα: Τα συστήματα πλοήγησης, οι εκπομπές και οι τεχνολογίες ασύρματης επικοινωνίας, όπως το Wi-Fi και το Bluetooth, χρησιμοποιούν ραδιοκύματα με συχνότητες που κυμαίνονται από μερικά hertz έως αρκετά gigahertz (GHz).

• Υπεριώδη (UV) κύματα: Η αποστείρωση και ο φθορισμός χρησιμοποιούν υπεριώδη κύματα που έχουν συχνότητα μεγαλύτερη από το ορατό φως και είναι γνωστό ότι βλάπτουν το δέρμα και το DNA.

• Ορατό φως: Τα χρώματα χαμηλής έως υψηλής συχνότητας περιλαμβάνουν κόκκινο, πορτοκαλί, κίτρινο, πράσινο, μπλε, λουλακί και βιολετί. Αυτό το φάσμα χρωμάτων, καθένα από τα οποία αντιστοιχεί σε μια συγκεκριμένη συχνότητα, σχηματίζει ορατό φως. Η κατανόηση της συχνότητας του φωτός είναι θεμελιώδης για την οπτική και τη φωτογραφία.

Αυτό το άρθρο δημιουργήθηκε σε συνδυασμό με την τεχνολογία AI, στη συνέχεια ελέγχθηκε και επεξεργάστηκε από έναν επεξεργαστή HowStuffWorks.

Αρχικό άρθρο: Βασικά στοιχεία τύπου Frequency Formula: 2 Ways to Calculate Frequency

Πνευματικά δικαιώματα © 2024 HowStuffWorks, ένα τμήμα της InfoSpace Holdings, LLC, μια εταιρεία System1