Różnica między częstotliwością podstawową a częstotliwością naturalną

Częstotliwość podstawowa a częstotliwość naturalna
 

Częstotliwość naturalna i częstotliwość podstawowa to dwa zjawiska związane z falami, które są bardzo ważne. Zjawiska te mają ogromne znaczenie w takich dziedzinach, jak muzyka, technologie budowlane, zapobieganie katastrofom, akustyka i większość analiz systemów naturalnych. Niezbędne jest jasne zrozumienie tych pojęć, aby osiągnąć sukces w takich dziedzinach. W tym artykule omówimy, czym jest częstotliwość podstawowa i częstotliwość naturalna, ich definicje, zastosowania, zjawiska związane z częstotliwością naturalną i częstotliwością podstawową, ich podobieństwa i wreszcie różnice między częstotliwością naturalną a częstotliwością podstawową.

Co to jest częstotliwość naturalna?

Każdy system ma właściwość zwaną częstotliwością naturalną. System będzie podążał za tą częstotliwością, jeśli ma być wyposażony w małą oscylację. Naturalna częstotliwość systemu jest bardzo ważna. Wydarzenia takie jak trzęsienia ziemi i wiatry mogą zniszczyć obiekty o tej samej częstotliwości naturalnej, co samo zdarzenie. Bardzo ważne jest zrozumienie i pomiar częstotliwości naturalnej systemu, aby chronić go przed takimi klęskami żywiołowymi. Częstotliwość naturalna jest bezpośrednio związana z rezonansem. Kiedy system (np. Wahadło) zostanie poddany niewielkiej oscylacji, zacznie się kołysać. Częstotliwość, z jaką się kołysze, jest naturalną częstotliwością systemu. Teraz wyobraź sobie okresową siłę zewnętrzną przykładaną do układu. Częstotliwość tej siły zewnętrznej niekoniecznie musi być podobna do częstotliwości naturalnej systemu. Siła ta spróbuje oscylować system do częstotliwości siły. To tworzy nierówny wzór. Część energii z siły zewnętrznej jest absorbowana przez system. Rozważmy teraz przypadek, w którym częstotliwości są takie same. W takim przypadku wahadło swobodnie kołysze się z maksymalną energią pochłoniętą przez siłę zewnętrzną. To się nazywa rezonans. Systemy takie jak budynki, obwody elektroniczne i elektryczne, systemy optyczne, systemy dźwiękowe, a nawet systemy biologiczne mają częstotliwości naturalne. Mogą występować w postaci impedancji, oscylacji lub superpozycji, w zależności od układu.

Co to jest podstawowa częstotliwość?

Częstotliwość podstawowa jest pojęciem omawianym na falach stojących. Wyobraź sobie dwie identyczne fale, które poruszają się w przeciwnych kierunkach. Kiedy te dwie fale się spotkają, wynik nazywa się falą stojącą. Równanie fali poruszającej się w kierunku + x to y = A sin (ωt - kx), a równanie dla podobnej fali przemieszczającej się w kierunku -x to y = A sin (ωt + kx). Zgodnie z zasadą superpozycji wynikowy kształt fali z nakładania się tych dwóch wynosi y = 2A sin (kx) cos (ωt). To jest równanie fali stojącej. „x” oznacza odległość od źródła; dla danej wartości x sin 2A (kx) staje się stałą. Sin (kx) wynosi od -1 do +1. Dlatego maksymalna amplituda systemu wynosi 2A. Częstotliwość podstawowa jest właściwością systemu. Przy częstotliwości podstawowej dwa końce systemów nie oscylują i są znane jako węzły. Środek systemu oscyluje z maksymalną amplitudą i jest znany jako antinode.