この記事では、物理学における周波数とは何かについて説明します。したがって、物理学における周波数が何を意味するのか、周波数の単位、そしてこの物理量が何に使用されるのかを理解することができます。
周波数とは何ですか?
周波数は、単位時間あたりの周期的なイベントの繰り返し数を測定する物理量です。言い換えれば、頻度は特定の時間内にイベントが何回繰り返されるかを示します。
たとえば、波が 1 秒あたり 5 回繰り返される場合、その波の周波数は 1 秒あたり 5 サイクルであることを意味します。したがって、波の周波数は 5 Hz (ヘルツ) になります。以下では、周波数の単位が何であるかを見ていきます。
物理現象の頻度を計算するには、時間間隔を定義し、その間隔内で現象が発生する回数を数えます。この現象の頻度は、それが繰り返された回数を調査した時間間隔で割ったものに等しくなります。
一方、絶対頻度と呼ばれる統計的頻度は、サンプル内でイベントが繰り返される回数です。詳細については、統計専門サイトwww.probabilityestadistica.netにアクセスすることをお勧めします。
周波数単位
国際体系（SI）における周波数の単位はヘルツ（またはヘルツ）で、記号はHzで、 1秒間に物理現象が何回繰り返されるかを示す周波数の単位です。
より正確には、1 ヘルツは 1/s に相当します。したがって、1 ヘルツの周波数は、研究された物理現象が 1 秒間に 1 回だけ繰り返されたことを意味します。同様に、周波数 7 ヘルツは、1 秒間に 7 回繰り返されたことを意味します。
ヘルツという名前は、電磁波の伝播を発見したドイツの物理学者ハインリヒ・ルドルフ・ヘルツに敬意を表して周波数の主単位に付けられました。この名前は 1960 年の度量衡総会 (CGPM) で採用され、以前の名前のサイクルが 2 番目の に置き換えられました。
周波数の例
周波数の定義とその国際システム単位が何であるかがわかったので、概念を完全に理解するために日常生活からの周波数の例をいくつか見てみましょう。
- たとえば、昼から夜への変化は 24 時間ごとに繰り返されます。つまり、その周波数は約 10 -5 Hz です。
- 人体が安静にしているとき、心臓は 0.83 Hz ～ 1.5 Hz の周波数で鼓動します。
- 人間の呼吸数は、1 分間に約 12 ～ 50 回の呼吸、つまり 0.2 ～ 0.83 Hz ですが、これは論理的には人の年齢や体調によって異なります。
- 一般に、人間の耳は 20 Hz ～ 20,000 Hz の周波数の音波のみを聞くことができます。
- 音楽では、標準音の周波数は 440 Hz です。
電磁波の周波数
電磁波は周波数と波長によって分類されます。したがって、以下にさまざまな種類の電磁放射とその特性を紹介します。
| 名前 | 波長 | 頻度 |
|---|---|---|
| ガンマ線 | <0.01nm | > 30Hz |
| X線 | 0.01nm～10nm | 30Hz – 30PH |
| 紫外線 | 10nm～400nm | 30PH～790THz |
| 可視光 | 400nm～700nm | 790THz～430THz |
| 赤外線 | 700nm – 1mm | 430THz～300GHz |
| 電子レンジ | 1mm～1m | 300GHz～300MHz |
| 無線 | 1m～10000km | 300MHz～30Hz |
頻度と期間
最後に、物理学における周波数と周期の違いと、これら 2 つの物理概念の関係について見ていきます。
期間とは、定期的なイベントが発生してから再び発生するまでの時間です。
物理学における周波数と周期の違いは、周波数は一定時間内に周期的なイベントが発生する回数であるのに対し、周期はイベントが連続して 2 回発生する間の時間であることです。
したがって、周波数と周期の関係は逆であり、周期が増加すると周波数は減少し、逆に周期が減少すると周波数は増加します。したがって、数学的には、周波数は期間全体で 1 に等しくなります。
