Как да изчислим естествената честота

Posted on
Автор: Lewis Jackson
Дата На Създаване: 14 Може 2021
Дата На Актуализиране: 1 Юли 2024
Anonim
Работа транзистора в ключевом режиме.
Видео: Работа транзистора в ключевом режиме.

Съдържание

Всички колебателни движения - движението на китарна струна, прът, вибриращ след удара, или подскачането на тежест върху пружина - имат естествена честота. Основната ситуация за изчисляване включва маса върху пружина, която е обикновен хармоничен осцилатор. За по-сложни случаи можете да добавите ефектите на затихване (забавяне на трептенията) или да изградите подробни модели с отчитане на движещите сили или други фактори. Изчисляването на естествената честота за проста система обаче е лесно.


TL; DR (Твърде дълго; Не четях)

Изчислете естествената честота на обикновен хармоничен осцилатор, използвайки формулата:

е = √(к / m) ÷ 2π

Поставете пружинната константа за системата, която обмисляте на място ки осцилиращата маса за mи след това оценете.

Определената естествена честота на обикновен хармоничен осцилатор

Представете си пружина с топка, прикрепена към края с маса m, Когато настройката е неподвижна, пружината е частично изпъната и цялата настройка е в равновесно положение, където напрежението от удължената пружина съответства на силата на гравитацията, която дърпа топката надолу. Преместването на топката от това равновесно положение или добавя напрежение към пружината (ако я опъвате надолу), или дава гравитация възможност да издърпате топката надолу, без напрежението от пружината да я противодейства (ако натиснете топката нагоре). И в двата случая топката започва да се колебае около равновесното положение.


Естествената честота е честотата на това трептене, измерено в херца (Hz). Това ви казва колко трептения се случват в секунда, което зависи от свойствата на пружината и масата на прикрепената към нея топка. Изскубани китарни струни, пръчки, ударени от обект и много други системи, се колебаят с естествена честота.

Изчисляване на естествената честота

Следният израз определя естествената честота на обикновен хармоничен осцилатор:

е = ω /2π

Където ω е ъгловата честота на трептенето, измерена в радиани / секунда. Следният израз определя ъгловата честота:

ω = √(к / m)

Това означава:

е = √(к / m) ÷ 2π

Тук, к е константата на пружината за въпросната пролет и m е масата на топката. Константата на пружината се измерва в нютон / метър. Пружините с по-високи константи са по-твърди и изискват повече сила за удължаване.


За да изчислите естествената честота, използвайки уравнението по-горе, първо разберете константата на пружината за вашата конкретна система. Можете да намерите пролетната константа за реалните системи чрез експериментиране, но за повечето проблеми получавате стойност за това. Вмъкнете тази стойност в място за к (в този пример, к = 100 N / m) и го разделете на масата на обекта (например, m = 1 кг). След това вземете квадратния корен на резултата, преди да го разделите на 2π. Преминавайки през стъпките:

е = √ (100 N / m / 1 kg) ÷ 2π

= √ (100 s−2) ÷ 2π

= 10 Hz ÷ 2π

= 1.6 Hz

В този случай естествената честота е 1,6 Hz, което означава, че системата ще се колебае малко повече от един и половина пъти в секунда.