Doğal Frekans Nedir?

Doğal frekans bir nesnenin bozulduğunda titreşme hızıdır (örn. koparılmış, tökezlenmiş veya vurulmuş). Titreşen bir nesnenin bir veya birden fazla doğal frekansı olabilir. Bir nesnenin doğal frekansını modellemek için basit harmonik osilatörler kullanılabilir.

Önemli Çıkarımlar: Doğal Frekans

Fizikte, Sıklık bir dizi tepe ve vadiden oluşan bir dalganın özelliğidir. Bir dalganın frekansı, bir dalga üzerindeki bir noktanın saniyede sabit bir referans noktasını kaç kez geçtiğini ifade eder.

Diğer terimler, genlik de dahil olmak üzere dalgalarla ilişkilidir. Bir dalganın genliği, dalganın ortasından bir zirvenin maksimum noktasına kadar ölçülen bu zirvelerin ve vadilerin yüksekliğini ifade eder. Genliği daha yüksek olan bir dalga daha yüksek bir yoğunluğa sahiptir. Bunun birçok pratik uygulaması vardır. Örneğin, daha yüksek genliğe sahip bir ses dalgası daha yüksek sesle algılanacaktır.

Böylece, doğal frekansında titreşen bir nesne, diğer özelliklerin yanı sıra karakteristik bir frekansa ve genliğe sahip olacaktır.

Bir nesnenin doğal frekansını modellemek için basit harmonik osilatörler kullanılabilir.

Basit bir harmonik osilatörün bir örneği, bir yayın ucundaki bir toptur. Bu sistem bozulmamışsa, denge konumundadır - yay, topun ağırlığı nedeniyle kısmen gerilir. Yayı, topu aşağı doğru çekmek gibi bir kuvvet uygulamak, yayın denge konumu etrafında salınım yapmaya veya yukarı ve aşağı gitmeye neden olur.

Daha karmaşık harmonik osilatörler, titreşimlerin sürtünme nedeniyle “sönümlenmesi” yavaşlaması gibi diğer durumları tanımlamak için kullanılabilir. Bu tür sistem gerçek dünyada daha uygulanabilir - örneğin, bir gitar teli koparıldıktan sonra süresiz olarak titremeyecektir.

Yukarıdaki basit harmonik osilatörün doğal frekansı f

f = ω / (2π)

burada ω, açısal frekans, √ (k / m) ile verilir.

Burada k, yayın sertliği ile belirlenen yay sabitidir. Daha yüksek yay sabitleri daha sert yaylara karşılık gelir.

m topun kütlesidir.

Denkleme baktığımızda şunu görüyoruz:

• Daha hafif bir kütle veya daha sert bir yay doğal frekansı arttırır.
• Daha ağır bir kütle veya daha yumuşak bir yay doğal frekansı azaltır.

Doğal frekanslar zorlanmış frekanslarbelirli bir hızda bir nesneye kuvvet uygulanarak meydana gelir. Zorlanmış frekans, doğal frekansla aynı veya bundan farklı bir frekansta ortaya çıkabilir.

• Zorlanmış frekans doğal frekansa eşit olmadığında, elde edilen dalganın genliği küçüktür.
• Zorlanmış frekans doğal frekansa eşit olduğunda, sistemin “rezonans” yaşadığı söylenir: elde edilen dalganın genliği diğer frekanslara kıyasla büyüktür.

İtilen ve sonra tek başına bırakılan bir salıncakta oturan bir çocuk, önce belirli bir zaman aralığında belirli bir sayıda ileri geri sallanır. Bu süre zarfında, salıncak doğal frekansında hareket eder.

Çocuğun serbestçe sallanmasını sağlamak için doğru zamanda itilmesi gerekir. Bu “doğru zamanlar” salınım deneyiminin rezonansını yapmak veya en iyi yanıtı vermek için salınımın doğal frekansına karşılık gelmelidir. Salınım, her itmede biraz daha fazla enerji alır.

Bazen, doğal frekansa eşdeğer bir zorunlu frekans uygulamak güvenli olmayabilir. Bu köprülerde ve diğer mekanik yapılarda olabilir. Kötü tasarlanmış bir köprü doğal frekansına eşdeğer salınımlar yaşadığında, sistem daha fazla enerji kazandıkça daha güçlü ve daha güçlü hale gelebilir. Bu tür bir “rezonans felaketleri” belgelenmiştir.

• Avison, John. Fizik Dünyası. 2. baskı, Thomas Nelson ve Sons Ltd., 1989.
• Richmond, Michael. Rezonans Örneği. Rochester Teknoloji Enstitüsü, spiff.rit.edu/classes/phys312/workshops/w5c/resonance_examples.html.
• Öğretici: Titreşimin Temelleri. Newport Corporation, www.newport.com/t/fundamentals-of-vibration.