Freqüència fonamental versus freqüència natural
La freqüència natural i la freqüència fonamental són dos fenòmens relacionats amb les ones que són molt importants. Aquests fenòmens són de gran importància en camps com la música, les tecnologies de la construcció, la prevenció de desastres, l'acústica i la majoria de l'anàlisi de sistemes naturals. És vital tenir una comprensió clara d'aquests conceptes per sobresortir en aquests camps. En aquest article, parlarem de què són la freqüència fonamental i la freqüència natural, les seves definicions, aplicacions, els fenòmens relacionats amb la freqüència natural i la freqüència fonamental, les seves similituds i, finalment, les diferències entre la freqüència natural i la freqüència fonamental.
Què és la freqüència natural?
Cada sistema té una propietat anomenada freqüència natural. El sistema seguirà aquesta freqüència, si s'ha de proporcionar al sistema una petita oscil·lació. La freqüència natural d'un sistema és molt important. Esdeveniments com els terratrèmols i els vents poden destruir objectes amb la mateixa freqüència natural que el propi esdeveniment. És molt important entendre i mesurar la freqüència natural d'un sistema per tal de protegir-lo d'aquests desastres naturals. La freqüència natural està directament relacionada amb la ressonància. Quan un sistema (per exemple, un pèndol) rep una petita oscil·lació, començarà a oscil·lar. La freqüència amb què oscil·la és la freqüència natural del sistema. Ara imagineu una força externa periòdica aplicada al sistema. La freqüència d'aquesta força externa no necessàriament és similar a la freqüència natural del sistema. Aquesta força intentarà fer oscil·lar el sistema a la freqüència de la força. Això crea un patró desigual. Una part de l'energia de la força externa és absorbida pel sistema. Considerem ara el cas en què les freqüències són les mateixes. En aquest cas, el pèndol oscil·larà lliurement amb la màxima energia absorbida de la força externa. Això s'anomena ressonància. Sistemes com edificis, circuits electrònics i elèctrics, sistemes òptics, sistemes de so i fins i tot sistemes biològics tenen freqüències naturals. Poden tenir forma d'impedància, oscil·lació o superposició, segons el sistema.
Què és la freqüència fonamental?
La freqüència fonamental és un concepte que es parla a les ones estacionàries. Imagineu dues ones idèntiques, que viatgen en direccions oposades. Quan aquestes dues ones es troben, el resultat s'anomena ona estacionària. L'equació d'una ona que viatja en la direcció +x és y=A sin (ωt - kx), i l'equació d'una ona similar que viatja en la direcció -x és y=A sin (ωt + kx). Pel principi de superposició, la forma d'ona resultant de la superposició d'aquests dos és y=2A sin (kx) cos (ωt). Aquesta és l'equació d'una ona estacionària. 'x' és la distància des de l'origen; per a un valor x donat, el 2A sin (kx) esdevé una constant. Sin (kx) varia entre -1 i +1. Per tant, l'amplitud màxima del sistema és de 2A. La freqüència fonamental és una propietat del sistema. A la freqüència fonamental, els dos extrems dels sistemes no oscil·len i es coneixen com a nodes. El centre del sistema està oscil·lant amb la màxima amplitud i es coneix com a antinode.
Quina diferència hi ha entre la freqüència natural i la freqüència fonamental?
• La freqüència natural és una propietat que fa referència a les oscil·lacions, però la freqüència fonamental és una propietat que fa referència a les ones.
• Cada sistema té una freqüència natural, però la freqüència fonamental només es produeix en alguns dels sistemes.
• Per a la freqüència fonamental, cal la superposició de dues ones idèntiques que viatgen en sentit contrari, però per a la freqüència natural, només cal una sola oscil·lació.
