ფუნდამენტური სიხშირე ბუნებრივი სიხშირის წინააღმდეგ
ბუნებრივი სიხშირე და ფუნდამენტური სიხშირე არის ორი ტალღა დაკავშირებული ფენომენი, რომლებიც ძალიან მნიშვნელოვანია. ამ ფენომენებს დიდი მნიშვნელობა აქვს ისეთ სფეროებში, როგორიცაა მუსიკა, სამშენებლო ტექნოლოგიები, კატასტროფების პრევენცია, აკუსტიკა და ბუნებრივი სისტემის ანალიზის უმეტესობა. სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანია ამ ცნებების მკაფიო გაგება, რათა გამოირჩეოდეთ ასეთ სფეროებში. ამ სტატიაში ჩვენ განვიხილავთ რა არის ფუნდამენტური სიხშირე და ბუნებრივი სიხშირე, მათი განმარტებები, აპლიკაციები, ბუნებრივ სიხშირესა და ფუნდამენტურ სიხშირესთან დაკავშირებული ფენომენები, მათი მსგავსება და საბოლოოდ განსხვავებები ბუნებრივ სიხშირესა და ფუნდამენტურ სიხშირეს შორის.
რა არის ბუნებრივი სიხშირე?
ყველა სისტემას აქვს თვისება, რომელსაც ეწოდება ბუნებრივი სიხშირე. სისტემა მიჰყვება ამ სიხშირეს, თუ სისტემა უზრუნველყოფილია მცირე რხევით. სისტემის ბუნებრივი სიხშირე ძალიან მნიშვნელოვანია. ისეთ მოვლენებს, როგორიცაა მიწისძვრები და ქარები, შეუძლიათ გაანადგურონ ობიექტები ისეთივე ბუნებრივი სიხშირით, როგორიც თავად მოვლენაა. ძალზე მნიშვნელოვანია სისტემის ბუნებრივი სიხშირის გაგება და გაზომვა, რათა დავიცვათ იგი ასეთი სტიქიური უბედურებისგან. ბუნებრივი სიხშირე პირდაპირ კავშირშია რეზონანსთან. როდესაც სისტემას (მაგ. ქანქარას) ეძლევა მცირე რხევა, ის დაიწყებს რხევას. სიხშირე, რომლითაც ის მოძრაობს, არის სისტემის ბუნებრივი სიხშირე. ახლა წარმოიდგინეთ სისტემაზე გამოყენებული პერიოდული გარე ძალა. ამ გარე ძალის სიხშირე სულაც არ არის სისტემის ბუნებრივი სიხშირის მსგავსი. ეს ძალა შეეცდება სისტემის რხევას ძალის სიხშირემდე. ეს ქმნის არათანაბარ ნიმუშს.გარე ძალის გარკვეული ენერგია შეიწოვება სისტემაში. ახლა განვიხილოთ შემთხვევა, როდესაც სიხშირეები იგივეა. ამ შემთხვევაში, ქანქარა თავისუფლად მოძრაობს გარე ძალისგან შთანთქმული მაქსიმალური ენერგიით. ამას რეზონანსი ჰქვია. სისტემებს, როგორიცაა შენობები, ელექტრონული და ელექტრული სქემები, ოპტიკური სისტემები, ხმის სისტემები და ბიოლოგიური სისტემებიც კი, აქვთ ბუნებრივი სიხშირე. ისინი შეიძლება იყოს წინაღობის, რხევის ან სუპერპოზიციის სახით, რაც დამოკიდებულია სისტემაზე.
რა არის ფუნდამენტური სიხშირე?
ფუნდამენტური სიხშირე არის კონცეფცია, რომელიც განიხილება მუდმივ ტალღებში. წარმოიდგინეთ ორი იდენტური ტალღა, რომლებიც მოძრაობენ საპირისპირო მიმართულებით. როდესაც ეს ორი ტალღა ერთმანეთს ხვდება, შედეგს მდგრადი ტალღა ეწოდება. +x მიმართულებით მოძრავი ტალღის განტოლება არის y=A sin (ωt – kx), ხოლო მსგავსი ტალღის განტოლება, რომელიც მიემგზავრება -x მიმართულებით არის y=A sin (ωt + kx). სუპერპოზიციის პრინციპით, ამ ორის გადახურვის შედეგად მიღებული ტალღის ფორმა არის y=2A sin (kx) cos (ωt).ეს არის მუდმივი ტალღის განტოლება. "x" არის მანძილი საწყისიდან; მოცემული x მნიშვნელობისთვის, 2A sin (kx) ხდება მუდმივი. Sin (kx) მერყეობს -1-დან +1-მდე. ამრიგად, სისტემის მაქსიმალური ამპლიტუდა არის 2A. ფუნდამენტური სიხშირე სისტემის საკუთრებაა. ფუნდამენტურ სიხშირეზე, სისტემების ორი ბოლო არ არის რხევადი და ისინი ცნობილია როგორც კვანძები. სისტემის ცენტრი რხევა მაქსიმალური ამპლიტუდით და ცნობილია როგორც ანტინოდი.
რა განსხვავებაა ბუნებრივ სიხშირესა და ფუნდამენტურ სიხშირეს შორის?
• ბუნებრივი სიხშირე არის თვისება, რომელიც ეხება რხევებს, მაგრამ ფუნდამენტური სიხშირე არის თვისება, რომელიც ეხება ტალღებს.
• ყველა სისტემას აქვს ბუნებრივი სიხშირე, მაგრამ ფუნდამენტური სიხშირე გვხვდება მხოლოდ ზოგიერთ სისტემაში.
• ფუნდამენტური სიხშირისთვის საჭიროა საპირისპიროდ მოძრავი ორი იდენტური ტალღის სუპერპოზიცია, მაგრამ ბუნებრივი სიხშირისთვის საჭიროა მხოლოდ ერთი რხევა.
