Період коливань: природа явища і вимір

Однією з найважливіших характеристик різного виду коливань, які спостерігаються в природі, є період і частота коливань. Ці фізичні явища настільки поширені, що, мабуть, і не можна вказати області існування, в якій би не спостерігалися дані фізичні процеси. Найбільш поширеними сферами дослідження природи коливальних рухів є механіка, електроніка, астрономія, локація та інші.

Об`єднує всі ці галузі те, що природа коливальних рухів у них однакова, а, отже, і теорія, яка описує ці явища, є універсальною. Наприклад, загальноприйнято, що період являє собою певний відрізок часу, протягом якого якийсь об`єкт здійснює одне повне коливання і потім знову повертається у вихідне положення. Найбільш показовим прикладом цього в механіці виступає коливання маятника годин.

Коливання за своїми властивостями розрізняють вільні (або власні) і гармонійні. Вільні - це такі, які викликаються зовнішніми силами, прикладеними до предмета і виводять його зі стану рівноваги (в механіці: струна музичного інструмента, грузик, підвішений на нитці і т.д.). Більш важливе місце в теорії коливальних процесів займають гармонійні коливання. Саме вони складають ту основу, яка дозволяє формулювати закономірності даної теорії і розглядати природу коливань в різних фізичних середовищах (воді, повітрі, газі, вакуумі і т.п.).

Виходячи з твердження про універсальність теорії коливань, можна зробити висновок і про універсальність фізичний одиниць, які відображають величини цих коливань, незалежно від їх природи та сфери розповсюдження. Такими є період і частота. Як визначається період коливань, уже було сказано вище. Частота ж коливання визначається як кількість скоєних повних коливань предметів за певну одиницю часу. Період і частота в теорії коливань пов`язані єдиною, загальною для даної теорії формулою. Описує період вільних коливань формула має вигляд: f = 1 / T, де f - частота, Т - період (виступає, поряд з частотою, основним параметром даного явища).

Є й інші характеристики коливальних процесів, такі як амплітуда, циклічна частота, фаза, але їх застосування обумовлено вже більш складними умовами опису коливань. Такими умовами є:

- власне природа коливального процесу, тобто, які саме коливання ми розглядаємо - механічні, електромагнітні, циклічні або іние-

- середовище, в якому відбуваються коливальні процеси - повітря, вода чи інше. Ці умови істотно впливають на всі параметри процесу, в тому числі і на період коливань. Наприклад, для циклічних, формула, за якою визначається період коливань, включає в себе ще й показник 2pi-nu-, який характеризує величину кругових коливань.

Частота коливань характеризується одиницею, яка носить ім`я великого фізика - Генріха Герца і позначається скорочено: Гц. Виходячи з розглянутої нами формули, 1 Гц являє собою величину, рівну одному повному коливанню, що відбулося за одну секунду. Цією одиницею характеризується величезна безліч параметрів, що оточують нас у повсякденному житті. Наприклад, частота змінного струму, який ми споживаємо будинку, дорівнює 50 Гц. Це означає, що потік електронів в провіднику 50 разів змінює напрямок свого руху. Частоти можуть характеризуватися як невеликими значеннями (наприклад, коливання маятника), так і величинами, що доходять до мільярдів коливань у секунду. Такими, наприклад, є частоти, що характеризують обчислювальні операції в сучасних комп`ютерах. Тоді герци застосовувати для відбиття величин стає незручно, і до них додають кратні значення: кило- (кГц, 1000), мега- (мГц, 1000000), гіга- (гГц, 1000000000) і так далі.

Величиною, яка нам показує період коливань, є самі звичайні метричні одиниці (рази, якщо можна так висловитися), тобто числовий показник кількості скоєних коливальних рухів за певний проміжок часу.