Mis on looduslik sagedus?

Looduslik sagedus on kiirus, millega objekt vibreerib, kui see on häiritud (nt kitkutud, raiutud või löödud). Vibreerival objektil võib olla üks või mitu loomulikku sagedust. Objekti loomuliku sageduse modelleerimiseks saab kasutada lihtsaid harmoonilisi ostsillaatoreid.

Peamised võtmed: looduslik sagedus

Füüsikas sagedus on laine omadus, mis koosneb mitmest tipust ja orust. Laine sagedus osutab sellele, mitu korda laine punkt läbib fikseeritud võrdluspunkti sekundis.

Lainetega on seotud ka muud terminid, sealhulgas amplituud. Laine amplituud viitab nende piikide ja orgude kõrgusele, mõõdetuna laine keskpunktist kuni tipu maksimumpunktini. Suurema amplituudiga laine on suurema intensiivsusega. Sellel on mitmeid praktilisi rakendusi. Näiteks tajutakse suurema amplituudiga helilainet valjemaks.

Seega on loomuliku sagedusega vibreerival objektil teiste omaduste hulgas iseloomulik sagedus ja amplituud.

Objekti loomuliku sageduse modelleerimiseks saab kasutada lihtsaid harmoonilisi ostsillaatoreid.

Lihtsa harmoonilise ostsillaatori näide on vedru otsas olev kuul. Kui seda süsteemi pole häiritud, on see tasakaaluasendis - vedru on kuuli raskuse tõttu osaliselt välja veninud. Jõu rakendamine vedrule, nagu kuuli allapoole tõmbamine, põhjustab vedru selle tasakaalupositsiooni ümber võnkumist või üles-alla liikumist.

Muude olukordade kirjeldamiseks võib kasutada keerulisemaid harmoonilisi ostsillaatoreid, näiteks kui vibratsioon on summutatud hõõrdumise tõttu aeglustunud. Seda tüüpi süsteem on reaalses maailmas paremini rakendatav - näiteks ei hoia kitarrikeel pärast selle kitkumist lõputult vibreerimist.

Ülaltoodud lihtsa harmoonilise ostsillaatori loomulik sagedus f on antud

f = ω / (2π)

kus ω, nurksagedus, antakse √ (k / m).

K on siin vedru konstant, mille määrab vedru jäikus. Kõrgemad vedrukonstandid vastavad jäigematele vedrudele.

m on kuuli mass.

Võrrandit vaadates näeme, et:

• Kergem mass või jäigem vedru suurendab loomulikku sagedust.
• Raskem mass või pehmem vedru vähendab loomulikku sagedust.

Naturaalsed sagedused erinevad sunnitud sagedused, mis tekivad, rakendades objektile kindlal kiirusel jõudu. Sunnitud sagedus võib esineda sagedusel, mis on sama või erinev looduslikust sagedusest.

• Kui sundsagedus ei ole võrdne loodusliku sagedusega, on saadud laine amplituud väike.
• Kui sundsagedus võrdub loomuliku sagedusega, kogeb süsteem väidetavalt “resonantsi”: tekkiva laine amplituud on teiste sagedustega võrreldes suur.

Lükatud ja siis üksi jäetud kiige peal istuv laps kiigub kõigepealt kindla aja jooksul teatud arv kordi edasi-tagasi. Selle aja jooksul liigub kiik loomuliku sagedusega.

Et laps saaks vabalt kiikuda, tuleb neid lükata just õigel ajal. Need “õiged ajad” peaksid vastama kiige loomulikule sagedusele, et muuta kiige kogemus resonantsiks või anda parim reageering. Kiik võtab iga tõukega natuke rohkem energiat.

Mõnikord pole loomuliku sagedusega samaväärse sundsageduse rakendamine ohutu. See võib juhtuda sildades ja teistes mehaanilistes konstruktsioonides. Kui halvasti konstrueeritud sild kogeb oma loomuliku sagedusega samaväärseid võnkeid, võib see ägedalt liikuda, muutudes tugevamaks ja tugevamaks, kui süsteem kogub rohkem energiat. Mitmed sellised „resonantskatastroofid” on dokumenteeritud.

• Avison, John. Füüsika maailm. 2. väljaanne, Thomas Nelson ja Sons Ltd., 1989.
• Richmond, Michael. Resonantsi näide. Rochesteri tehnoloogiainstituut, spiff.rit.edu/classes/phys312/workshop/w5c/resonance_examples.html.
• Õpetus: vibratsiooni alused. Newport Corporation, www.newport.com/t/fundamentals-of-vibration.