Amplitūda pret frekvenci
Amplitūda un frekvence ir divas no periodisko kustību pamatīpašībām. Pareiza izpratne par šiem jēdzieniem ir nepieciešama, pētot kustības, piemēram, vienkāršas harmoniskas kustības un slāpētas harmoniskas kustības. Šajā rakstā mēs apspriedīsim, kas ir frekvence un amplitūda, to definīcijas, amplitūdas un frekvences mērījumi un atkarības un visbeidzot atšķirība starp amplitūdu un frekvenci.
Biežums
Frekvence ir jēdziens, ko apspriež objektu periodiskās kustībās. Lai saprastu frekvences jēdzienu, ir nepieciešama pareiza izpratne par periodiskām kustībām. Periodisku kustību var uzskatīt par jebkuru kustību, kas atkārtojas noteiktā laika periodā. Planēta, kas riņķo ap sauli, ir periodiska kustība. Satelīts, kas riņķo ap Zemi, ir periodiska kustība, pat līdzsvara lodīšu komplekta kustība ir periodiska kustība. Lielākā daļa periodisko kustību, ar kurām mēs sastopamies, ir apļveida, lineāras vai pusapaļas. Periodiskajai kustībai ir frekvence. Biežums nozīmē, cik “biežs” ir notikums. Vienkāršības labad mēs ņemam frekvenci kā notikumus sekundē. Periodiskas kustības var būt vienmērīgas vai nevienmērīgas. Vienmēram var būt vienmērīgs leņķiskais ātrums. Tādām funkcijām kā amplitūdas modulācija var būt divkārši. Tās ir periodiskas funkcijas, kas iekapsulētas citās periodiskajās funkcijās. Periodiskās kustības frekvences apgrieztā vērtība parāda laiku periodam. Vienkāršas harmoniskas kustības un slāpētās harmoniskās kustības arī ir periodiskas kustības. Tādējādi periodiskas kustības biežumu var iegūt arī, izmantojot laika starpību starp diviem līdzīgiem gadījumiem. Vienkārša svārsta frekvence ir atkarīga tikai no svārsta garuma un gravitācijas paātrinājuma nelielām svārstībām.
Amplitūda
Amplitūda ir arī ļoti svarīga periodiskas kustības īpašība. Lai saprastu amplitūdas jēdzienu, ir jāsaprot harmonisko kustību īpašības. Vienkārša harmoniska kustība ir tāda kustība, kurā saistība starp pārvietojumu un ātrumu izpaužas kā a=-ω2x, kur “a” ir paātrinājums un “x” ir pārvietošanās. Paātrinājums un pārvietojums ir pretparalēli. Tas nozīmē, ka neto spēks uz objektu ir atkarīgs arī no paātrinājuma virziena. Šīs attiecības apraksta kustību, kurā objekts svārstās ap centrālo punktu. Var redzēt, ka tad, kad nobīde ir nulle, arī neto spēks uz objektu ir nulle. Tas ir svārstību līdzsvara punkts. Objekta maksimālo nobīdi no līdzsvara punkta sauc par svārstību amplitūdu. Vienkāršas harmoniskas svārstības amplitūda ir stingri atkarīga no sistēmas kopējās mehāniskās enerģijas. Vienkāršai atsperes – masas sistēmai, ja kopējā iekšējā enerģija ir E, amplitūda ir vienāda ar 2E/k, kur k ir atsperes atsperes konstante. Pie šīs amplitūdas momentānais ātrums ir nulle; tādējādi arī kinētiskā enerģija ir nulle. Sistēmas kopējā enerģija ir potenciālās enerģijas veidā. Līdzsvara punktā potenciālā enerģija kļūst par nulli.
Kāda ir atšķirība starp amplitūdu un frekvenci?
• Amplitūda ir stingri atkarīga no sistēmas kopējās enerģijas, savukārt svārstību frekvence ir atkarīga no paša oscilatora īpašībām.
• Dotai sistēmai amplitūdu var mainīt, bet frekvenci nevar.
