La frecuencia (símbolo ), medida con mayor frecuencia en hercios (símbolo: Hz), es el número de ocurrencias de un evento repetido por unidad de tiempo . [1] Ocasionalmente también se la denomina frecuencia temporal para mayor claridad y para distinguirla de la frecuencia espacial . La frecuencia ordinaria está relacionada con la frecuencia angular (símbolo ω , con unidad SI en radianes por segundo) por un factor de 2 π . El período (símbolo T ) es el intervalo de tiempo entre eventos, por lo que el período es el recíproco de la frecuencia: f = 1/ T . [2]
La frecuencia es un parámetro importante utilizado en ciencia e ingeniería para especificar la tasa de fenómenos oscilatorios y vibratorios , como vibraciones mecánicas, señales de audio ( sonido ), ondas de radio y luz .
Por ejemplo, si un corazón late a una frecuencia de 120 veces por minuto (2 hercios), el período (el intervalo entre latidos) es de medio segundo (60 segundos divididos por 120 latidos ).
Para fenómenos cíclicos como oscilaciones , ondas , o para ejemplos de movimiento armónico simple , el término frecuencia se define como el número de ciclos o repeticiones por unidad de tiempo. El símbolo convencional para la frecuencia es f o ν (la letra griega nu ). [3] El período T es el tiempo necesario para completar un ciclo de una oscilación o rotación. La frecuencia y el período están relacionados por la ecuación [4]
El término frecuencia temporal se utiliza para enfatizar que la frecuencia se caracteriza por el número de ocurrencias de un evento repetido por unidad de tiempo.
La unidad de frecuencia del SI es el hercio (Hz), [4] que lleva el nombre del físico alemán Heinrich Hertz por la Comisión Electrotécnica Internacional en 1930. Fue adoptada por la CGPM (Conférence générale des poids et mesures) en 1960, reemplazando oficialmente a la nombre anterior, ciclo por segundo (cps). La unidad SI para el período, como para todas las medidas del tiempo, es el segundo . [5] Una unidad tradicional de frecuencia utilizada con dispositivos mecánicos giratorios, donde se denomina frecuencia de rotación , es revolución por minuto , abreviada r/min o rpm. [6] 60 rpm equivalen a un hercio. [7]
Por conveniencia, las olas más largas y más lentas, como las olas de la superficie del océano , se describen más típicamente por el período de la ola que por la frecuencia. [8] Las ondas cortas y rápidas, como el audio y la radio, generalmente se describen por su frecuencia. Algunas conversiones comúnmente utilizadas se enumeran a continuación:
Para ondas periódicas en medios no dispersivos (es decir, medios en los que la velocidad de la onda es independiente de la frecuencia), la frecuencia tiene una relación inversa con la longitud de onda , λ ( lambda ). Incluso en medios dispersivos, la frecuencia f de una onda sinusoidal es igual a la velocidad de fase v de la onda dividida por la longitud de onda λ de la onda:
En el caso especial de ondas electromagnéticas en el vacío , entonces v = c , donde c es la velocidad de la luz en el vacío, y esta expresión se convierte en
Cuando las ondas monocromáticas viajan de un medio a otro, su frecuencia sigue siendo la misma; sólo cambian su longitud de onda y su velocidad .
La medición de la frecuencia se puede realizar de las siguientes maneras:
El cálculo de la frecuencia de un evento repetido se logra contando el número de veces que ocurre ese evento dentro de un período de tiempo específico y luego dividiendo el recuento por el período. Por ejemplo, si ocurren 71 eventos en 15 segundos, la frecuencia es:
Un método antiguo para medir la frecuencia de objetos en rotación o vibración es utilizar un estroboscopio . Se trata de una luz intensa que parpadea repetitivamente ( luz estroboscópica ) cuya frecuencia se puede ajustar con un circuito de sincronización calibrado. La luz estroboscópica apunta al objeto giratorio y la frecuencia se ajusta hacia arriba y hacia abajo. Cuando la frecuencia de la luz estroboscópica es igual a la frecuencia del objeto que gira o vibra, el objeto completa un ciclo de oscilación y regresa a su posición original entre los destellos de luz, de modo que cuando es iluminado por la luz estroboscópica, el objeto parece estacionario. Luego, la frecuencia se puede leer en la lectura calibrada del estroboscopio. Una desventaja de este método es que un objeto que gira a un múltiplo entero de la frecuencia estroboscópica también parecerá estacionario.
Las frecuencias más altas generalmente se miden con un contador de frecuencia . Este es un instrumento electrónico que mide la frecuencia de una señal electrónica repetitiva aplicada y muestra el resultado en hercios en una pantalla digital . Utiliza lógica digital para contar el número de ciclos durante un intervalo de tiempo establecido por una base de tiempo de precisión de cuarzo . Los procesos cíclicos que no son eléctricos, como la velocidad de rotación de un eje, las vibraciones mecánicas o las ondas sonoras , pueden convertirse en una señal electrónica repetitiva mediante transductores y la señal aplicada a un contador de frecuencia. A partir de 2018, los contadores de frecuencia pueden cubrir el rango hasta aproximadamente 100 GHz. Esto representa el límite de los métodos de conteo directo; Las frecuencias superiores a esta deben medirse mediante métodos indirectos.
Por encima del rango de los contadores de frecuencia, las frecuencias de las señales electromagnéticas a menudo se miden indirectamente utilizando heterodinación ( conversión de frecuencia ). Una señal de referencia de una frecuencia conocida cercana a la frecuencia desconocida se mezcla con la frecuencia desconocida en un dispositivo de mezcla no lineal, como un diodo . Esto crea una señal heterodina o de "ritmo" en la diferencia entre las dos frecuencias. Si las dos señales tienen una frecuencia cercana, el heterodino es lo suficientemente bajo como para ser medido por un contador de frecuencia. Este proceso solo mide la diferencia entre la frecuencia desconocida y la frecuencia de referencia. Para alcanzar frecuencias más altas, se pueden utilizar varias etapas de heterodinación. Las investigaciones actuales están ampliando este método a frecuencias infrarrojas y de luz ( detección óptica heterodina ).
La luz visible es una onda electromagnética , formada por campos eléctricos y magnéticos oscilantes que viajan a través del espacio. La frecuencia de la onda determina su color: 400 THz (4 × 10 14 Hz) es luz roja, 800 THz (8 × 10 14 Hz ) es luz violeta, y entre éstas (en el rango 400–800 THz) están todos los demás colores del espectro visible . Una onda electromagnética con una frecuencia menor que4 × 10 14 Hz serán invisibles al ojo humano; Estas ondas se denominan radiación infrarroja (IR). A una frecuencia aún más baja, la onda se llama microondas , y a frecuencias aún más bajas se le llama onda de radio . Asimismo, una onda electromagnética con una frecuencia superior a8 × 10 14 Hz también serán invisibles al ojo humano; Estas ondas se denominan radiación ultravioleta (UV). Incluso las ondas de mayor frecuencia se llaman rayos X , y las de mayor frecuencia aún son rayos gamma .
Todas estas ondas, desde las ondas de radio de frecuencia más baja hasta los rayos gamma de frecuencia más alta, son fundamentalmente iguales y todas se denominan radiación electromagnética . Todos viajan a través del vacío a la misma velocidad (la velocidad de la luz), lo que les da longitudes de onda inversamente proporcionales a sus frecuencias.
En medios dispersivos , como el vidrio, la velocidad depende en cierta medida de la frecuencia, por lo que la longitud de onda no es inversamente proporcional a la frecuencia.
El sonido se propaga como ondas de vibración mecánica de presión y desplazamiento, en el aire u otras sustancias. [11] En general, los componentes frecuenciales de un sonido determinan su "color", su timbre . Cuando se habla de la frecuencia (en singular) de un sonido, se entiende la propiedad que más determina su tono . [12]
Las frecuencias que un oído puede oír están limitadas a un rango de frecuencias específico . El rango de frecuencia audible para los humanos generalmente se establece entre aproximadamente 20 Hz y 20 000 Hz (20 kHz), aunque el límite de alta frecuencia generalmente se reduce con la edad. Otras especies tienen diferentes rangos de audición. Por ejemplo, algunas razas de perros pueden percibir vibraciones de hasta 60.000 Hz. [13]
En muchos medios, como el aire, la velocidad del sonido es aproximadamente independiente de la frecuencia, por lo que la longitud de onda de las ondas sonoras (distancia entre repeticiones) es aproximadamente inversamente proporcional a la frecuencia.
En Europa , África , Australia , el sur de América del Sur , la mayor parte de Asia y Rusia , la frecuencia de la corriente alterna en los enchufes eléctricos domésticos es de 50 Hz (próxima al tono G), mientras que en América del Norte y el norte de América del Sur, la frecuencia de la corriente alterna en las tomas de corriente doméstica es de 60 Hz (entre los tonos B ♭ y B; es decir, un tercio menor por encima de la frecuencia europea). La frecuencia del ' zumbido ' en una grabación de audio puede mostrar en cuál de estas regiones generales se realizó la grabación.
La frecuencia aperiódica es la tasa de incidencia o ocurrencia de fenómenos no cíclicos , incluidos procesos aleatorios como la desintegración radiactiva . Se expresa con la unidad de segundo recíproco (s −1 ) [14] o, en el caso de la radiactividad, becquerelios . [15]
Se define como una tasa , f = N /Δ t , que involucra el número de entidades contadas o el número de eventos ocurridos ( N ) durante un tiempo determinado (Δ t ); [ cita requerida ] es una cantidad física de tipo tasa temporal .
