共振周波数の計算(LC回路・ばね・弦)
LC回路(コイルとコンデンサ)・ばねと重り・弦(両端を固定した弦)のどれかを選ぶと、いちばん振動しやすい周波数(共振周波数・基本振動数)を計算します。
くわしい条件を変える(なくても計算できます)
計算方法
LC回路 f = 1 ÷ (2π√(LC))(L はインダクタンス[H]、C は静電容量[F])
ばね f = (1/2π)√(k/m)(k はばね定数、m は重りの質量)
弦(両端を固定) 弦を伝わる波の速さはv = √(張力÷線密度)、いちばん低い音(基本振動数)はf = v ÷ (2L)(L は弦の長さ)です。
共振(固有振動)は、その仕組みがいちばん振動しやすい周波数のことで、外からの振動がこの周波数に近いと、大きくゆれます(共振現象)。
式の意味を説明します。どの共振も、元に戻そうとする力の強さと、動きにくさのつり合いで決まります。LC回路ではコイルとコンデンサの積、ばねではばね定数を質量で割った値、弦では張力を線密度で割った値がもとになります。戻そうとする力が強いほど周波数は高く、重いほど低くなります。
例:インダクタンス15mH、静電容量1.5µFのLC回路なら、共振周波数は約1,061.033Hzです。10mH・1µFなら約1,591.5494Hzになります。
気をつけること。抵抗や摩擦による減衰は考えていません。実際はこれより少し低い周波数になります。インダクタンスはmH、静電容量はµFで入れてください。弦の式は両端を固定した基本の振動のもので、倍音はその整数倍になります。
よくある質問
共振周波数とは?
その物(回路・ばね・弦など)がいちばん振動しやすい周波数のことです。外からの振動がこの周波数に近いと、ゆれが大きくなります(共振)。
LC回路の共振周波数の求め方は?
f = 1 ÷ (2π√(LC)) です。ラジオの選局など、決まった周波数だけを取り出す回路に使われます。
弦の基本振動数はどう決まる?
弦の長さが短いほど、張力が強いほど、線密度(太さ)が小さいほど、高い音(大きい周波数)になります。
ばねの共振周波数は重さで変わる?
はい。重りの質量が大きいほど、周波数は小さく(ゆっくり)なります。
共振周波数の単位は?
Hz(ヘルツ)です。1秒間に何回振動するかを表します。