Kas yra natūralus dažnis?

Natūralus dažnis yra greitis, kuriuo objektas vibruoja, kai jis yra sutrikdytas (pvz., išplėštas, nulaužtas ar pataikytas). Vibruojantis objektas gali turėti vieną ar kelis natūralius dažnius. Natūraliam objekto dažniui modeliuoti gali būti naudojami paprasti harmoniniai generatoriai.

Pagrindiniai išpardavimai: natūralus dažnis

Fizikoje, dažnis yra bangos, kurią sudaro smailių ir slėnių serija, savybė. Bangos dažnis reiškia skaičių kartų, kai bangos taškas praeina fiksuotą atskaitos tašką per sekundę.

Kiti terminai yra siejami su bangomis, įskaitant amplitudę. Bangos amplitudė reiškia tų smailių ir slėnių aukštį, matuojant nuo bangos vidurio iki maksimalaus smailės taško. Didesnės amplitudės banga turi didesnį intensyvumą. Tai turi daugybė praktinių pritaikymų. Pavyzdžiui, didesnės amplitudės garso banga bus suvokiama garsiau.

Taigi objektas, kuris vibruoja natūraliu dažniu, be kitų savybių, turės būdingą dažnį ir amplitudę.

Natūraliam objekto dažniui modeliuoti gali būti naudojami paprasti harmoniniai generatoriai.

Paprasto harmoninio generatoriaus pavyzdys yra rutulys spyruoklės gale. Jei ši sistema nebuvo sutrikdyta, ji yra pusiausvyros padėtyje - spyruoklė iš dalies ištempta dėl rutulio svorio. Taikant jėgą spyruoklei, pavyzdžiui, rutulį traukiant žemyn, spyruoklė pradės svyruoti arba eiti aukštyn ir žemyn apie savo pusiausvyros padėtį.

Sudėtingesni harmoniniai generatoriai gali būti naudojami apibūdinti kitas situacijas, pavyzdžiui, jei dėl trinties „slopinamos“ vibracijos sulėtėja. Tokio tipo sistema labiau pritaikoma realiame pasaulyje - pavyzdžiui, gitaros stygos netruks vibruoti neribotą laiką po to, kai ji bus nukirsta.

Aukščiau pateiktas paprastojo harmoninio generatoriaus natūralusis dažnis f

f = ω / (2π)

kur ω, kampinis dažnis, nurodomas √ (k / m).

Čia k yra spyruoklės konstanta, kurią lemia spyruoklės standumas. Didesnės spyruoklių konstantos atitinka griežtesnes spyruokles.

m yra rutulio masė.

Pažvelgę ​​į lygtį matome, kad:

• Lengvesnė masė arba standesnė spyruoklė padidina natūralų dažnį.
• Sunkesnė masė arba minkštesnė spyruoklė sumažina natūralų dažnį.

Natūralūs dažniai skiriasi nuo priverstiniai dažniai, kurie atsiranda pritaikant jėgą objektui tam tikru greičiu. Priverstinis dažnis gali atsirasti tokiu pat dažniu, kuris yra toks pat arba skiriasi nuo natūralaus dažnio.

• Kai priverstinis dažnis nėra lygus natūraliam dažniui, gaunamos bangos amplitudė yra maža.
• Kai priverstinis dažnis prilygsta natūraliam dažniui, sakoma, kad sistema patiria „rezonansą“: gaunamos bangos amplitudė yra didelė, palyginti su kitais dažniais.

Vaikas, sėdintis ant stumiamos sūpynės, o paskui paliktas vienas, tam tikrą laiką per tam tikrą laiką pirmiausia sūpynės pirmyn ir atgal. Per tą laiką sūpynės juda natūraliu dažniu.

Kad vaikas nevaržytų sūpynės, jį reikia pastumti reikiamu metu. Šie „tinkami laikai“ turėtų atitikti natūralų sūpynės dažnį, kad sūpynės patirtų rezonansą arba duotų geriausią atsaką. Su kiekvienu paspaudimu sūpynės gauna šiek tiek daugiau energijos.

Kartais nesaugu naudoti priverstinį dažnį, prilygstantį natūraliam dažniui. Tai gali nutikti tiltuose ir kitose mechaninėse konstrukcijose. Kai prastai suprojektuotas tiltas patiria virpesius, lygius jo natūraliam dažniui, jis gali smarkiai pasislinkti, sustiprėdamas ir sustiprėdamas, nes sistema įgauna daugiau energijos. Dokumentuota daugybė tokių „rezonanso katastrofų“.

• Avisonas, Jonas. Fizikos pasaulis. Antrasis leidimas, Thomas Nelson and Sons Ltd., 1989 m.
• Ričmondas, Maiklas. Rezonanso pavyzdys. Ročesterio technologijos institutas, spiff.rit.edu/classes/phys312/workshop/w5c/resonance_examples.html.
• Vadovėlis: vibracijos pagrindai. „Newport Corporation“, www.newport.com/t/fundamentals-of-vibration.