فرکانس بنیادی در مقابل فرکانس طبیعی
فرکانس طبیعی و فرکانس بنیادی دو پدیده مرتبط با موج هستند که بسیار مهم هستند. این پدیده ها در زمینه هایی مانند موسیقی، فناوری های ساختمانی، پیشگیری از بلایای طبیعی، آکوستیک و بیشتر تحلیل سیستم های طبیعی از اهمیت بالایی برخوردار هستند. داشتن درک روشنی از این مفاهیم برای برتری در چنین زمینه‌هایی حیاتی است. در این مقاله قصد داریم به بررسی فرکانس بنیادی و فرکانس طبیعی، تعاریف، کاربردهای آنها، پدیده های مرتبط با فرکانس طبیعی و فرکانس بنیادی، شباهت های آنها و در نهایت تفاوت فرکانس طبیعی و فرکانس بنیادی بپردازیم.
فرکانس طبیعی چیست؟
هر سیستم دارای خاصیتی به نام فرکانس طبیعی است. اگر قرار باشد سیستم با یک نوسان کوچک ارائه شود، سیستم از این فرکانس پیروی می کند. فرکانس طبیعی یک سیستم بسیار مهم است. رویدادهایی مانند زمین لرزه و باد می توانند بر روی اجسام با همان فرکانس طبیعی مانند خود رویداد تخریب کنند. درک و اندازه گیری فرکانس طبیعی یک سیستم به منظور محافظت از آن در برابر چنین بلایای طبیعی بسیار مهم است. فرکانس طبیعی ارتباط مستقیمی با رزونانس دارد. هنگامی که به یک سیستم (مثلاً یک آونگ) نوسان کوچکی داده می شود، شروع به نوسان می کند. فرکانسی که با آن نوسان می کند، فرکانس طبیعی سیستم است. حال تصور کنید که یک نیروی خارجی دوره ای به سیستم اعمال شود. فرکانس این نیروی خارجی لزوماً مشابه فرکانس طبیعی سیستم نیست. این نیرو سعی خواهد کرد تا سیستم را به فرکانس نیرو نوسان دهد. این یک الگوی ناهموار ایجاد می کند.مقداری انرژی از نیروی خارجی توسط سیستم جذب می شود. حال اجازه دهید موردی را در نظر بگیریم که در آن فرکانس ها یکسان هستند. در این حالت آونگ آزادانه با حداکثر انرژی جذب شده از نیروی خارجی می چرخد. به این رزونانس می گویند. سیستم هایی مانند ساختمان ها، مدارهای الکترونیکی و الکتریکی، سیستم های نوری، سیستم های صوتی و حتی سیستم های بیولوژیکی دارای فرکانس طبیعی هستند. بسته به سیستم می توانند به شکل امپدانس، نوسان یا برهم نهی باشند.
فرکانس بنیادی چیست؟
فرکانس بنیادی مفهومی است که در امواج ایستاده مورد بحث قرار می گیرد. دو موج یکسان را تصور کنید که در جهت مخالف یکدیگر حرکت می کنند. وقتی این دو موج به هم می رسند، نتیجه را موج ایستاده می نامند. معادله موجی که در جهت +x حرکت می کند y=A sin (ωt – kx) است و معادله موج مشابهی که در جهت x حرکت می کند y=A sin (ωt + kx) است. بر اساس اصل برهم نهی، شکل موج حاصل از همپوشانی این دو y=2A sin (kx) cos (ωt) است.این معادله یک موج ایستاده است. "x" فاصله از مبدا است. برای مقدار x معین، 2A sin (kx) ثابت می شود. Sin (kx) بین -1 و +1 متغیر است. بنابراین حداکثر دامنه سیستم 2A است. فرکانس اساسی یکی از ویژگی های سیستم است. در فرکانس اساسی، دو انتهای سیستم ها نوسان ندارند و به عنوان گره شناخته می شوند. مرکز سیستم با حداکثر دامنه در حال نوسان است و به آن پادنود می گویند.
تفاوت بین فرکانس طبیعی و فرکانس بنیادی چیست؟
• فرکانس طبیعی خاصیتی است که به نوسانات مربوط می شود، اما فرکانس اساسی خاصیتی است که به امواج مربوط می شود.
• هر سیستمی یک فرکانس طبیعی دارد، اما فرکانس اساسی فقط در برخی از سیستم ها رخ می دهد.
• برای فرکانس بنیادی، برهم نهی دو موج یکسان که در مقابل هم حرکت می کنند مورد نیاز است، اما برای فرکانس طبیعی، تنها یک نوسان لازم است.
