Частота колебаний (ЕГЭ-ОГЭ)

Частота является величиной, обратной периоду колебаний: ν = 1/T.

В Международной системе единиц (СИ) для измерения частоты используют единицу герц (Гц), названную в честь немецкого физика Генриха Герца.

Частота, подобно время, входит в число наиболее точно измеряемых физических величин.

В природе наблюдаются периодические процессы с частотами в диапазоне от ~10⁻¹⁶ Гц (частота обращения Солнца вокруг центра Галактики) до ~10³⁵ Гц (характерная для наиболее высокоэнергичных космических лучей частота колебаний поля).

Глаз человека воспринимает электромагнитные волны с частотами от 4⋅10¹⁴ до 8⋅10¹⁴ Гц (видимый свет); частота колебаний определяет воспринимаемый цвет. Слуховой анализатор человека улавливает акустические волны в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. У разных животных диапазоны чувствительности к оптическим и акустическим колебаниям могут существенно различаться.

Отношения частот звуковых колебаний выражаются через музыкальные интервалы — например, октава, квинта, терция и т. п.. Интервал в одну октаву означает двукратное различие частот, а чистая квинта соответствует отношению ³⁄₂. Также для описания частотных отношений применяют декада — интервал, при котором частоты отличаются в 10 раз. В результате звуковой диапазон чувствительности человека охватывает 3 декады (20 Гц — 20 000 Гц). При оценке очень близких по частоте звуков используют такие единицы, как цент (частотное отношение 2^1/1200) и миллиоктава (отношение 2^1/1000)^[2].

В научной и учебной литературе термин «циклическая частота» применяется к величине, измеряемой в герцах, поскольку она отражает число циклов в секунду. Кроме того, в теории электромагнетизма, теоретической физике, электротехнике, электронике и радиотехнике используется скалярная величина «угловая частота» (принято обозначать ω). Её синонимы: радиальная частота, круговая частота.

Угловая частота измеряется в радианах в секунду и имеет размерность, обратную времени (радианы при этом являются безразмерными). Она выражается через циклическую частоту ν (количество циклов, колебаний или оборотов в секунду) формулой ω = 2πν. Если же для угловой частоты используют градусы в секунду, связь с ν задаётся как ω = 360°ν.

Введение угловой частоты упрощает многие формулы в теоретической физике и электронике. Так, угловая частота резонанса в колебательном LC-контуре равна ${\displaystyle \omega _{LC}=1/{\sqrt {LC}},}$ тогда как циклическая частота резонанса в LC-контуре ${\displaystyle \nu _{LC}=1/(2\pi {\sqrt {LC}}).}$

В механике при анализе вращательного движения аналогичной величиной является угловая скорость: угловая частота вращения равна модулю вектора угловой скорости^[3].