Frekvenca | |
---|---|
Splošne oznake | f, ν |
Enota SI | herc |
Z osnovnimi enotami SI | s−1 |
Frekvénca je fizikalna količina, določena kot število ponavljajočih se dogodkov v časovni enoti. Običajno jo označujemo z grško črko ν (ni).
Recipročna vrednost frekvence je perioda t0:
Izpeljana enota SI za merjenje frekvence je s-1 ali Hz, poimenovan po nemškemu fiziku Heinrichu Rudolfu Hertzu. 1 Hz je enako en dogodek na sekundo.
Pri cikličnih pojavih, kot so vrtenje, nihanje in valovanje, je Herc enako en cikel na sekundo (recipročna vrednost je tu nihajni čas). Za vrteče se mehanske naprave se tradicionalno uporablja tudi enota »obratov na minuto« (angleško revolutions per minute, okrajšano rpm), ki je Mednarodni sistem enot ne dovoljuje, saj je »obrat« opis dogajanja, ne enota.
Za priročnejše zapisovanje dolga oz. počasna nihanja, kot so površinski morski valovi, običajno opisujemo s periodo namesto s frekvenco.[1] Hitrejša nihanja, kot je zvočno in radijsko valovanje, pa opisujemo s frekvenco. Spodnja tabela našteva nekaj zgledov pretvorb:
Frekvenca | Perioda |
---|---|
1 mHz (10−3 Hz) | 1 ks (103 s) |
1 Hz (100 Hz) | 1 s (100 s) |
1 kHz (103 Hz) | 1 ms (10−3 s) |
1 MHz (106 Hz) | 1 μs (10−6 s) |
1 GHz (109 Hz) | 1 ns (10−9 s) |
1 THz (1012 Hz) | 1 ps (10−12 s) |
V osnovi frekvenco ponavljajočih se dogodkov izmerimo tako, da preštejemo število ponovitev v določenem časovnem razponu, nato pa delimo število z razponom. Za primer, če se v 15 sekundah zgodi 71 ponovitev, je frekvenca:
Pri višjih frekvencah, kakršnim človeški čuti ne zmorejo več slediti, ali kjer je zahtevana visoka natančnost, moramo za merjenje uporabljati posebne merilne naprave.
Periodični naravni pojavi, kot je nihanje zraka, ki ga zaznamo kot zvok, ali elektromagnetno valovanje, ki ga vidimo kot svetlobo, običajno nimajo preproste frekvenčne sestave, da bi jih bilo možno opisati z eno vrednostjo. Tako kompleksno valovanje analiziramo s Fourierovo analizo, vrsto matematičnih orodij, ki razčlenijo valovanje na vsoto preprostih trigonometričnih funkcij, kar razkrije morebitne izstopajoče frekvenčne komponente in razpon frekvenc. Temu pravimo tudi spektralna analiza ali analiza v frekvenčni domeni.[3]
Periodične pojave višjih frekvenc običajno merimo z elektronskimi napravami. Fizične pojave, kot je vrtenje kolesa, v ta namen z ustreznimi tipali pretvorimo v spremembe električnih količin.
Analogni merilniki so namenjeni merjenju razmeroma nizkih frekvenc v območju nekaj 10 do nekaj 100 Hz. Med izvedbami sta merilnik z jezičkom in merilnik z vrtljivo tuljavo. Pri merilniku z jezičkom periodični pojav, kot je izmenični tok, prek elektromagneta vzbuja nihanje vrste kovinskih jezičkov rahlo različnih dolžin. Vidno niha tisti jeziček, ki je ob merjeni frekvenci v resonanci. Merilnik z vrtljivo tuljavo pa ima par dušilk, gibljivo vpetih na os pod pravim kotom med seboj in s kazalcem. Pri frekvenci, ki je v sredini merilnega razpona, je tok v obeh dušilkah enak, drugačne frekvence pa povzročijo neuravnovešenost tokov, kar povzroči odmik tuljav in z njima tudi kazalca.[4]
Digitalni merilniki za višje frekvence beležijo število dogodkov v periodičnem vhodnem signalu in ga primerjajo s stabilnim notranjim oscilatorjem.[3] V ta namen se uporabljajo zlasti kristalni oscilatorji, za izredno visoke frekvence pa cezijevi atomski oscilatorji.[5]
Človek in drugi organizmi s svojimi čutili zaznavajo različne tipe nihanja v svojem okolju in jih uporabljajo za pridobivanje informacij o okolju. Mehanske vibracije podlage zaznavajo različni receptorji za tip, ki so posebej skoncentrirani v konicah prstov. Različne frekvence, ki se vzbujajo ob drgnjenju kože ob podlago, možgani uporabijo, da razberejo teksturo površine.[6] Še bolj specializirani sta čutili za zvok (nihanje zračnega tlaka) in svetlobo (elektromagnetno valovanje), ki sta občutljivi na določeno frekvenčno območje.
Zvok opredeljujemo kot longitudinalno nihanje delcev v zraku in drugih tekočinah, ki jih človek lahko zaznava (sliši) s svojimi ušesi.[7] Frekvenčno območje človeškega sluha je v grobem 20 do 20.000 Hz, pri čemer s staranjem pada občutljivost na visoke frekvence in ljudje v zrelih letih običajno slišijo le do 15 ali 17 KHz. Druge živali imajo drugačne razpone občutljivosti.[8] Frekvenčno območje pod 20 Hz imenujemo infrazvok, tisto nad 20 KHz pa ultrazvok.
Posamezne frekvenčne komponente zvoka imenujemo toni – višina tona, kot ga zazna uho, je sorazmerna z njegovo frekvenco. Vendar je človek v svojem okolju redko izpostavljen čistim tonom. Dojemanje frekvenčne sestave zvokov, kot sta človeški glas ali zvok glasbila, opisujemo z izrazom barva oz. kakovost zvoka.[9]
Svetloba je elektromagnetno valovanje, ki ga lahko človek zazna (vidi) s svojimi očmi.[10] Spekter vidne svetlobe je del zveznega spektra elektromagnetnega valovanja med 400 in 700 nanometri valovne dolžine, kar ustreza frekvencam 750–420 terahercev. Sosednje območje z daljšimi valovnimi dolžinami in nižjo frekvenco imenujemo infrardeče valovanje, tisto s krajšimi valovnimi dolžinami in višjo frekvenco pa ultravijolično valovanje.[11]
Ožje dele vidnega spektra zaznavamo kot barve; sposobnost zaznavanja barv – barvni vid – je povezana s prisotnostjo različnih tipov fotoreceptorjev v očesu, ki vsebujejo vidne pigmente, ki absorbirajo svetlobo različnih valovnih dolžin oz. frekvenc.[12] Tako valovanje pri 400 THz (×1014 Hz) zaznavamo kot rdečo svetlobo, valovanje pri 700-800 THz ( 4×1014 Hz) kot vijolično in ostale barve med tema skrajnostima. Človek ima v očesni 8mrežnici tri tipe fotoreceptorjev, ki izražajo največjo občutljivost na tri različne valovne dolžine svetlobe (temu pravimo trikromatski vid): kratko-, srednje- in dolgovalovne.[13] Informacijo o tem, kateri razred je vzbujen, posreduje vidni živec možganom, kjer na tej podlagi nastane percepcija barve.[12]
Any radiation capable of causing a visual sensation directly.
Light is a special class of radiant energy embracing wavelengths between 400 and 700 nm (or mμ), or 4000 to 7000 Å.