תדר טבעי לעומת תדר
תדירות של תנודה מציינת באיזו תדירות מתרחש אירוע. תדר ותדר טבעי הם שני מושגים חשובים מאוד הנדונים בפיזיקה. חיוני להבנה נכונה בתדר ובתדר טבעי על מנת להצטיין בתחומים כמו גלים ורעידות, מכניקת קוונטים, הנדסת בנייה, הנדסת מכונות ועוד תחומים שונים. במאמר זה, אנו הולכים לדון מה הם תדר ותדר טבעי, ההגדרות שלהם, קווי הדמיון, היישומים ולבסוף ההבדל בין תדר לתדר טבעי.
תדירות
תדר הוא מושג הנדון בתנועות תקופתיות של עצמים. כדי להבין את מושג התדר, נדרשת הבנה נכונה של תנועות תקופתיות. תנועה תקופתית יכולה להיחשב ככל תנועה שחוזרת על עצמה בזמן קבוע. כוכב לכת הסובב סביב השמש הוא תנועה תקופתית. לוויין שמסתובב סביב כדור הארץ הוא תנועה מחזורית, ואפילו תנועה של סט כדור איזון היא תנועה מחזורית. רוב התנועות המחזוריות שאנו נתקלים בהן הן מעגליות, ליניאריות או חצי מעגליות. לתנועה מחזורית יש תדירות. התדירות פירושה כמה "תדירות" האירוע מתרחש. לשם הפשטות, אנו לוקחים את התדירות כהתרחשויות בשנייה. תנועות מחזוריות יכולות להיות אחידות או לא אחידות. אחיד יכול להיות בעל מהירות זוויתית אחידה. לפונקציות כמו אפנון משרעת יכולות להיות תקופות כפולות. הם פונקציות מחזוריות המובלעות בפונקציות מחזוריות אחרות. היפוך של תדירות התנועה המחזורית נותן את הזמן לתקופה.תנועות הרמוניות פשוטות ותנועות הרמוניות מעוכות הן גם תנועות תקופתיות. בכך ניתן לקבל את התדירות של תנועה מחזורית גם באמצעות הפרש הזמן בין שני התרחשויות דומות. התדירות של מטוטלת פשוטה תלויה רק באורך המטוטלת ובתאוצת הכבידה עבור תנודות קטנות.
תדר טבעי
לכל מערכת יש תכונה הנקראת התדר הטבעי. המערכת תעקוב אחר התדר הזה, כאשר המערכת תסופק עם תנודה קטנה. התדר הטבעי של מערכת חשוב מאוד. אירועים כמו רעידות אדמה ורוחות עלולים לגרום להרס של עצמים באותה תדירות טבעית כמו האירוע עצמו. חשוב מאוד להבין ולמדוד את התדר הטבעי של מערכת על מנת להגן עליה מפני אסונות טבע כאלה. תדר טבעי קשור ישירות לתהודה. כאשר המערכת (למשל מטוטלת) מקבלת תנודה קטנה, היא תתחיל להתנדנד. התדירות שבה היא מתנדנדת היא התדר הטבעי של המערכת.כעת דמיינו כוח חיצוני תקופתי המופעל על המערכת. התדר של כוח חיצוני זה אינו בהכרח דומה לתדר הטבעי של המערכת. כוח זה ינסה להניע את המערכת לתדר הכוח. זה יוצר דפוס לא אחיד. חלק מהאנרגיה מהכוח החיצוני נספגת על ידי המערכת. כעת הבה נבחן את המקרה בו התדרים זהים. במקרה זה, המטוטלת תתנדנד בחופשיות עם מקסימום אנרגיה הנספגת מהכוח החיצוני. זה נקרא תהודה. למערכות כמו מבנים, מעגלים אלקטרוניים וחשמליים, מערכות אופטיות, מערכות קול ואפילו מערכות ביולוגיות יש תדרים טבעיים. הם יכולים להיות בצורה של עכבה, תנודה או סופרפוזיציה בהתאם למערכת.
מה ההבדל בין תדר לתדר טבעי?
• תדר הוא מונח נפוץ לתיאור התדירות שבה מתרחש אירוע, בעוד שהתדר הטבעי מתייחס לתדר מיוחד עבור מערכת דינמית נתונה.
• התדר של מערכת יכול לקבל כל ערך, אבל התדר הטבעי של מערכת נתונה הוא ערך ספציפי.
