什麼是週期與頻率換算器?
這個工具可以在任何重複運動或波動的兩個基本物理量之間互相換算:週期(T)與頻率(f)。週期是指完成一個完整循環所需的時間,單位為秒;頻率則是每秒發生的循環次數,單位為赫茲(Hz)。兩者互為倒數,因此只要知道其中一個,立刻就能求得另一個。
如何使用
先選擇你要計算的是週期還是頻率。若選擇由頻率求週期,輸入以赫茲為單位的頻率,工具便會回傳以秒為單位的週期;若選擇由週期求頻率,輸入以秒為單位的週期,便會得到以赫茲為單位的頻率。結果欄位同時會顯示角頻率 \(\omega = 2\pi f\)(單位為弧度/秒),在處理振盪與簡諧運動的題目時相當方便。
公式解析
核心關係式為 \(T = 1/f\),等價地也可寫成 \(f = 1/T\)。由於兩者互為倒數,頻率加倍時週期就會減半。角頻率則多了一個 \(2\pi\) 的係數,用弧度來表示變化速率:$$\omega = 2\pi f = \frac{2\pi}{T}$$
範例計算
音樂上的標準音 A4 以 440 Hz 振動,其週期為 $$T = \frac{1}{440} \approx 0.002273 \text{ 秒}$$ 約等於 2.27 毫秒。反過來說,若一個單擺的週期為 2 秒,則其頻率為 $$f = \frac{1}{2} = 0.5 \text{ Hz}$$ 角頻率為 $$\omega = 2\pi \times 0.5 \approx 3.1416 \text{ rad/s}$$
常見問題
這個工具使用什麼單位?頻率以赫茲(每秒循環次數)為單位,週期以秒為單位。若要換算成千赫茲,將赫茲值乘以 1000;若要換算成毫秒,則將秒數除以 1000。
頻率可以是零嗎?不行。頻率為零代表週期無限大(亦即沒有任何振盪),因此本工具會自動防止除以零的情況。
角頻率有什麼用?角頻率 \(\omega\) 會出現在波動的三角函數表示式中,例如 \(x(t) = A\cdot\sin(\omega t)\),能讓振盪相關的數學運算更為簡潔。