振盪與簡諧運動

角頻率

角頻率是衡量振盪循環快慢的另一種方式,但它以「每秒弧度」而非「每秒循環數」來計算。它來自振盪與轉動之間深刻的連結:想像一個點沿著圓周等速轉動,其影子恰好描出這個振盪。角頻率就是那個假想的點掃過圓周的快慢。

精確地說,角頻率 omega 等於 2 pi 乘以普通頻率,omega = 2 pi f,也等於 omega = 2 pi / T,其中 T 是週期。它的單位是弧度每秒(rad/s)。對質量-彈簧系統,omega = sqrt(k/m);對單擺,omega = sqrt(g/L)。它就是出現在正弦式 x(t) = A cos(omega t + phi) 裡的那個 omega,告訴你餘弦內的角度增長得有多快。

物理學家偏好用 omega,因為它讓數學更乾淨:cos(omega t) 的變化率是 -omega sin(omega t),2 pi 已經被吸收進去,於是微積分和波動公式都寫得很整齊。要記住的一件事:omega 和頻率 f 不是同一個數。一個完整循環是 2 pi 弧度,所以 omega 永遠是 f 的 2 pi 倍。

一個 k = 50 N/m、m = 2 kg 的彈簧-質量系統,其角頻率為 omega = sqrt(50/2) = 5 rad/s。它的普通頻率是 f = omega / (2 pi) 約等於 0.80 Hz,週期是 T = 2 pi / omega 約等於 1.26 秒。

角頻率以每秒弧度衡量振盪快慢;除以 2 pi 就得到赫茲。

角頻率 omega(rad/s)是頻率 f(Hz)的 2 pi 倍;它本身並不是每秒的循環次數。

又稱
omegaangular speed of oscillation