什麼是角頻率?
角頻率(符號 \(\omega\),讀作「omega」)用來描述物體振盪或旋轉的快慢,單位為弧度/秒(rad/s)。一般所說的頻率 \(f\) 是計算每秒鐘完成幾個完整週期(單位赫茲,Hz),而角頻率則是以「每秒掃過的角度」來表示同一個運動。由於一個完整週期相當於 \(2\pi\) 弧度,因此這兩者之間正好相差 \(2\pi\) 倍。
如何使用本計算機
先選擇你已知的是頻率 \(f\)(單位赫茲)還是週期 \(T\)(單位秒),輸入數值後,計算機會立即算出角頻率 \(\omega\)(單位 rad/s),並一併顯示對應的頻率與週期,方便你交叉對照。
公式解析
角頻率的定義如下:
$$\omega = 2\pi f = \frac{2\pi}{T}$$
其中,\(f\) 為頻率,單位赫茲(每秒週期數);\(T\) 為週期,單位秒(完成一個週期所需的時間)。由於週期與頻率互為倒數(\(T = 1/f\)),因此這兩種寫法所得到的結果完全相同。
範例演算
假設一個波的頻率為 50 Hz,則:
$$\omega = 2\pi \times 50 = 314.159 \text{ rad/s}$$
其週期為 \(T = 1/50 = 0.02 \text{ s}\),再用週期版公式驗算:\(\omega = \frac{2\pi}{0.02} = 314.159 \text{ rad/s}\)——答案完全一致。
常用常數和單位
角頻率將普通頻率(每秒週期數)轉換為角速率(每秒弧度)。因為一個完整週期對應於 \(2\pi\) 弧度的一完整旋轉,週期和弧度之間的轉換因子是常數 \(2\pi\)。
主要常數
| 常數 | 符號 | 數值 | 意義 |
|---|---|---|---|
| 圓周率 | \(\pi\) | 3.14159265 | 圓的周長與直徑的比值 |
| 二倍圓周率(每週期弧度) | \(2\pi\) | 6.28318531 | 一完整週期(旋轉)中的弧度數 |
單位
| 量 | 符號 | 單位 | 描述 |
|---|---|---|---|
| 頻率 | \(f\) | Hz(每秒週期數) | 每秒發生的完整週期數 |
| 週期 | \(T\) | s(秒) | 一完整週期所需的時間 |
| 角頻率 | \(\omega\) | rad/s(每秒弧度) | 振盪或旋轉的角速率 |
核心關係式
頻率和週期互為倒數:
$$T = \frac{1}{f} \qquad f = \frac{1}{T}$$角頻率直接由以下任一量決定:
$$\omega = 2\pi f = \frac{2\pi}{T}$$例如,一個頻率為 \(f = 50\ \text{Hz}\) 的信號的週期為 \(T = 1/50 = 0.02\ \text{s}\),其角頻率為 \(\omega = 2\pi \times 50 \approx\) 314.159265 rad/s。
常見問題
角頻率的單位是什麼?弧度/秒(rad/s)。
\(\omega\) 和 \(f\) 有什麼不同?頻率 \(f\) 計算的是每秒幾個週期;角頻率 \(\omega\) 計算的是每秒掃過的弧度。兩者相差 \(2\pi\) 倍。
可以由角頻率反推週期嗎?可以——將公式改寫為 \(T = \frac{2\pi}{\omega}\) 即可。