Период колебаний: природа явления и измерение

Видео: Период и частота колебаний [Радиолюбитель TV 11]

Одной из важнейших характеристик различного вида колебаний, которые наблюдаются в природе, являются период и частота колебаний. Эти физические явления настолько распространены, что, пожалуй, и нельзя указать области существования, в которой бы не наблюдались данные физические процессы. Наиболее распространенными сферами исследования природы колебательных движений являются механика, электроника, астрономия, локация и другие.

Видео: Diffraction grating - Physics in experiments

Объединяет все эти отрасли то, что природа колебательных движений в них одинакова, а, следовательно, и теория, которая описывает эти явления, является универсальной. Например, общепринято, что период представляет собой определенный отрезок времени, в течение которого некий объект совершает одно полное колебание и затем снова возвращается в исходное положение. Наиболее показательным примером этого в механике выступает колебание маятника часов.

Колебания по своим свойствам различают свободные (или собственные) и гармонические. Свободные – это такие, которые вызываются внешними силами, приложенными к предмету и выводящими его из состояния равновесия (в механике: струна музыкального инструмента, грузик, подвешенный на нити и т.д.). Более важное место в теории колебательных процессов занимают гармонические колебания. Именно они составляют ту основу, которая позволяет формулировать закономерности данной теории и рассматривать природу колебаний в различных физических средах (воде, воздухе, газе, вакууме и т.п.).

Видео: Механические и тепловые явления

Исходя из утверждения об универсальности теории колебаний, можно сделать вывод и об универсальности физический единиц, которые отражают величины этих колебаний, независимо от их природы и сферы распространения. Таковыми являются период и частота. Как определяется период колебаний, уже было сказано выше. Частота же колебания определяется как количество совершенных полных колебаний предметов за определенную единицу времени. Период и частота в теории колебаний связаны единой, общей для данной теории формулой. Описывающая период свободных колебаний формула имеет вид: f = 1 /T, где f – частота, Т – период (выступает, наряду с частотой, основным параметром данного явления).

Имеются и другие характеристики колебательных процессов, такие как амплитуда, циклическая частота, фаза, но их применение обусловлено уже более сложными условиями описания колебаний. Такими условиями являются:

Видео: Принцип Гюйгенса. Закон отражения света

- собственно природа колебательного процесса, то есть, какие именно колебания мы рассматриваем – механические, электромагнитные, циклические или иные;

- среда, в которой происходят колебательные процессы – воздух, вода или иное. Эти условия самым существенным образом влияют на все параметры процесса, в том числе и на период колебаний. Например, для циклических, формула, по которой определяется период колебаний, включает в себя еще и показатель 2&pi-&nu-, который характеризует величину круговых колебаний.

Видео: (1)Реальный контакт с тонким миром 21 11 95

Частота колебаний характеризуется единицей, которая носит имя великого физика – Генриха Герца и обозначается сокращенно: Гц. Исходя из рассмотренной нами формулы, 1 Гц представляет собой величину, равную одному полному колебанию, которое произошло за одну секунду. Этой единицей характеризуется огромное множество параметров, окружающих нас в повседневной жизни. Например, частота переменного тока, который мы потребляем дома, равна 50 Гц. Это значит, что поток электронов в проводнике 50 раз меняет направление своего движения. Частоты могут характеризоваться как небольшими значениями (например, колебания маятника), так и величинами, доходящими до миллиардов колебаний в секунду. Такими, к примеру, являются частоты, характеризующие вычислительные операции в современных компьютерах. Тогда герцы применять для отражения величин становится неудобно, и к ним добавляют кратные значения: кило- (кГц, 1000), мега- (мГц, 1000000), гига- (гГц, 1000000000) и так далее.

Величиной, которая нам показывает период колебаний, являются самые обычные метрические единицы (разы, если можно так выразиться), то есть числовой показатель количества совершенных колебательных движений за определенный промежуток времени.