角频率

物理学(特别是力学和电子工程)中,角频率ω有时也叫做角速率角速度标量,是对旋转快慢的度量,它是角速度向量\vec{\omega}的模。角频率的国际单位是弧度每秒。由于弧度是无量纲的,所以角频率的量纲为T^{-1}。

因为旋转一周的弧度是2\pi,所以
:\omega = \frac{2\pi}{T} = 2 \pi f =\frac{v}{r}= \frac{ds}{dt} \cdot \frac{1}{r} = \frac{d\theta}{dt}
其中
:\omega是角频率(单位为弧度每秒)
:T是周期(单位为秒)
:f是频率(单位为赫兹)
:v是绕轴旋转的线速度(单位为米每秒)
:r是旋转的半径(单位为米)

角频率在数值上是频率的2\pi倍。很多情况下,使用角频率而不是频率作为变量可以避免出现额外的\pi,从而简化公式。物理学中包含周期运动的领域通常都使用角频率作为记号,例如量子力学和电动力学。

例如:
:a = - \omega^2 x

如果用频率作为变量,这一等式要写作:
:a = - 4 \pi^2 f^2 x

與角速度的关系
角頻率為角速度量值的大小,其單位為rad/sec。

而頻率的單位是1/sec。

例子
圆周运动
对于旋转或绕行的物体,和轴线的距离r、切向速度v和旋转的角频率之间存在关系。在一个周期T中,圆周运动的物体走过了距离vT,这个距离也等于物体走过的周长2\pi r。连理这两个等式,联系周期和角频率之间的关系可以得到\omega =v/r。

弹簧振动
在弹簧上附加一个物体可以发生振动。如果弹簧是理想的且无重且没有阻尼的,则振动是简谐运动,且角频率是

\omega=\sqrt{\frac{k}{m}},

其中

  • k是弹簧的劲度系数
  • m是物体的重量

\omega被称为自然频率(有时被记为\omega_0)。

物体振动时,其加速度为:

a=\omega^2x

其中,为物体偏离平衡点的距离。

当频率以“次每秒”计量时,加速度方程为:

a=-4\pi^2f^2x

LC电路
串联LC电路的谐振角频率等于电容(以法拉为单位)和电路电感(以亨利为单位)之积的倒数的平方根:

\omega=\sqrt{\frac{1}{LC}}

串联电阻(例如电感含有电阻)并不改变串联LC电路的谐振频率。对于并联调谐电路,上述公式通常是一个有用的近似,但谐振频率会受到并联元件损耗的影响。

參考資料
参见
*角速度
*频率
*半径
*简谐振动
*四維頻率

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