Frecuencia

¿Qué es la frecuencia?

Todo fenómeno periódico se caracteriza por una magnitud física llamada frecuencia, que refleja el ritmo al que se repite el fenómeno:

  • Cuanto mayor sea la frecuencia, mayor será la tasa de repetición
  • Cuanto más baja es la frecuencia, más lenta es la tasa de repetición

Por tanto, el significado físico de “frecuencia” no está muy lejos del significado habitual que designa como frecuente un hecho que ocurre a menudo. Sin embargo, la “frecuencia” física está asociada a una definición precisa:

La frecuencia de un fenómeno periódico corresponde al número de repeticiones de este fenómeno durante un período de un segundo.

Por lo tanto,

  • Si un fenómeno tiene una frecuencia superior a 1, entonces se repite más de una vez por segundo (y más de 60 veces por minuto, más de 3600 veces por hora, etc.)
  • Si un fenómeno tiene una frecuencia inferior a 1, entonces se repite menos de una vez por segundo
  • La frecuencia no puede ser cero, ya que esto implicaría que no hay repetición ni periodicidad.

Nota
Su valor no es necesariamente entero, es posible, por ejemplo, considerar un fenómeno que se reproduce 1,5 veces (una vez y media) por segundo.

Influencia de la frecuencia

La frecuencia influye en la percepción de ciertas ondas periódicas y determina, por ejemplo, el tono de un sonido o el color de una luz. Es un factor del que dependen las características físicas de las ondas, puede influir en la velocidad de propagación (en medios dispersivos), la absorción y la difracción.

Notaciones y unidades

La frecuencia se anota con la letra “f” siempre en minúscula, su unidad es el Hertz de símbolo Hz, es un homenaje al físico alemán Heinrich Hertz.

Observaciones

En el caso de las ondas electromagnéticas se anota con la letra griega ν (nu)
El Hertz equivale al segundo menos uno (s-1), sustituyó a una antigua unidad llamada “ciclo por segundo” (símbolo cps)

Como con cualquier unidad, es posible, utilizando los prefijos habituales, definir submúltiples unidades de Hertz:

El deciHercio (dHz) – 1dHz = 0,1 Hz = 10-1 Hz
El centiHercio (cHz) – 1 cHz = 0,01 Hz = 10-2 Hz
El miliHercio (mHz) – 1 mHz = 0,001 Hz = 10-3 Hz
MicroHercios (&Hz) – 1 &Hz = 0,000001 Hz = 10-6 Hz
El nanoHercio (nHz) – 1 nHz = 0,000000001 Hz = 10-6 Hz

Así como las unidades múltiples (de uso más frecuente que las submúltiples):

decaHertz (daHz) – 1 daHz = 10 Hz
El hectoHercio (hHz) – 1 hHz = 100 Hz = 102 Hz
KiloHercios (kHz) – 1 kHz = 1000 Hz = 103 Hz
Los megahercios (MHz) – 1 MHz = 1 000 000 Hz = 106 Hz
El gigaHercio (GHz) – 1 GHz = 1 000 000 000 = 109 Hz
El teraHertz (THz) – 1 THz = 1 000 000 000 000 = 1012 Hz
El petaHertz (PHz) – 1 PHz = 1 000 000 000 000 Hz = 1015 Hz

Cálculo de la frecuencia a partir del periodo

La frecuencia de un fenómeno periódico es la inversa de su periodo, por lo que se puede calcular a partir de la siguiente relación:

f = 1/T

donde:

  • T es el periodo expresado en segundos (s)
  • f es la frecuencia expresada en Hz

Ejemplos de cálculos de la frecuencia

Si el periodo es de un segundo, entonces f = 1/1 = 1 Hz
Si el periodo es de 20 segundos, entonces f = 1/20 = 0,05 Hz
Si el período es de 5 minutos, entonces T = 5 x 60 = 300 s y f = 1/300 = 0,00333 Hz = 3,33.10-3 Hz = 3,33 mHz
Si el periodo es de 50 milisegundos, entonces T= 0,050 s y f = 1/0,050 = 20 Hz

Determinación experimental

El método más sencillo y preciso consiste en determinar primero el periodo de forma experimental (basta con medir una duración) y luego deducir la frecuencia a partir de la fórmula f = 1/T.

También es posible contar el número de repeticiones de un fenómeno durante una duración determinada y luego reducirlo proporcionalmente al número de repeticiones durante un segundo.

Existe un aparato llamado frecuencímetro capaz de medir la frecuencia de una señal eléctrica (y, por tanto, de cualquier fenómeno periódico que pueda convertirse en una señal de este tipo)

Para los fenómenos mecánicos periódicos es posible utilizar un estroboscopio, que produce destellos de luz con una frecuencia que se puede ajustar. Cuando se obtiene una inmovilidad aparente, la frecuencia del fenómeno coincide con la del estroboscopio o con uno de sus múltiplos.

Ritmo cardíaco y frecuencia

La frecuencia cardíaca de una persona es el número de latidos por minuto, por lo que es posible deducir la frecuencia “física” dividiendo este valor por 60 (para reducirlo a un número de latidos por segundo):
frecuencia = frecuencia cardíaca / 60

Si la frecuencia cardíaca es de 70 (es decir, 70 latidos por 60 segundos) entonces f = 70/60 = 1,17 Hz

Frecuencia y longitud de onda

En el caso de una onda periódica, la longitud de onda (λ) se define como la distancia que recorre una onda de celeridad “c” durante un período (T):

λ = c.T

Como T = 1/f, esta relación se convierte en

λ = c/f

A partir de esto podemos derivar la relación que nos permite expresar la frecuencia en función de la longitud de onda y la velocidad:

f = c/ λ

Dónde:

  • c, la velocidad está en metros por segundo (m/s)
  • λ, la longitud de onda está en metros (m)
  • f, la frecuencia está en Hertz (Hz)

Algunos valores de frecuencia

  • Corriente alterna en Francia: 50 Hz
  • Corriente alterna en Estados Unidos: 60 Hz
  • Proyección de imágenes en el cine: 24 Hz