Setiap sistem mekanis - pegas yang menahan massa, balok yang dibaut ke dinding, dek jembatan, senar gitar - memiliki satu atau lebih frekuensi alami yang lebih disukai untuk bergetar bila diganggu. Mengetahui bahwa frekuensi penting karena menggerakkan sistem di dekatnya menyebabkan resonansi, yang dapat memperkuat getaran hingga tingkat yang merusak. Kalkulator ini menemukan frekuensi natural untuk dua kasus umum (sistem pegas-massa dan balok kantilever) dan mengkonversi secara bebas antara frekuensi, frekuensi sudut, dan periode.

Cara kerja Kalkulator Frekuensi Alami

Untuk sistem pegas-massa sederhana, frekuensi natural berasal langsung dari hukum kedua Newton yang diterapkan pada gerak harmonik sederhana: f = (1/2π)√(k/m). Pegas yang lebih kaku (k lebih tinggi) menaikkan frekuensi; massa yang lebih berat (m lebih tinggi) menurunkannya. Untuk struktur kontinu seperti balok kantilever, gagasan yang sama berlaku tetapi kekakuan balok itu sendiri dan massa terdistribusi menggantikan pegas diskrit dan massa titik. Rumus mode pertama, f₁ = (λ₁²/2πL²)√(EI/μ), berasal dari penyelesaian persamaan balok Euler-Bernoulli dengan kondisi batas kantilever (bebas tetap); λ₁ ≈ 1,875104 adalah akar pertama dari masalah nilai batas tersebut, sebuah konstanta yang ditabulasikan secara luas dalam referensi teknik getaran.

Masukan dan artinya

Kekakuan pegas (k) dimasukkan dalam newton per meter dan massa (m) dalam kilogram. Untuk balok kantilever, modulus Young (E) dimasukkan dalam gigapascal (sifat material — sekitar 200 GPa untuk baja struktural), momen inersia (I) dalam kuartik milimeter (sifat bentuk penampang), massa per satuan panjang (μ) dalam kilogram per meter, dan panjang (L) dalam meter. Pada tab Periode, masukkan kuantitas apa pun yang sudah Anda ketahui — frekuensi dalam hertz, periode dalam detik, atau frekuensi sudut dalam radian per detik — dan kalkulator akan mengisi dua kuantitas lainnya menggunakan f = 1/T dan ω = 2πf.

Batasan dan kasus tepi

Kedua rumus tersebut tidak mengasumsikan adanya redaman — sistem nyata kehilangan sejumlah energi akibat gesekan dan redaman material, yang sedikit menurunkan frekuensi pengamatan dan menyebabkan osilasi berkurang seiring waktu; kalkulator ini tidak memodelkan peluruhan itu. Rumus kantilever hanya mengembalikan mode getaran pertama (terendah); sinar nyata memiliki banyak mode lebih tinggi pada frekuensi lebih tinggi, masing-masing memerlukan nilai eigen berbeda sebagai pengganti λ₁. Rumus balok juga mengasumsikan penampang seragam sepanjang panjang penuh dan defleksi kecil dalam rentang elastis — rumus ini harus diperlakukan sebagai perkiraan untuk balok tirus, komposit, atau beban berat, bukan sebagai pengganti analisis modal penuh.