Hertz (Hz) – jednotka SI pro frekvenci: Letecký & fyzikální slovník

Hertz (Hz): Základní definice a umístění v soustavě SI

Hertz (Hz) je jednotka SI pro frekvenci, přesně definovaná jako jeden úplný cyklus za sekundu ((1,\text{Hz} = 1,\text{s}^{-1})). Je pojmenována po Heinrichu Rudolfu Hertzovi, který jako první experimentálně potvrdil existenci elektromagnetických vln – základ pro rádio, radar a bezdrátové technologie.

V letectví hertz označuje rádiové frekvence, vibrace motoru, hodinové signály digitálních systémů a další. Přijetí hertzu v soustavě SI zajišťuje konzistenci v inženýrství, předpisech i provozu napříč obory.

Frekvence v letectví: Praktické využití a měření

Frekvence udává, jak často se periodická událost opakuje za sekundu. V letectví je základem pro:

• Komunikaci: VHF rádia (118–137 MHz) pro komunikaci mezi pilotem a řídícím.
• Navigaci: VOR (108–117,95 MHz), ILS pro přístrojové přiblížení.
• Radar: Opakovací frekvence pulzů (kHz–MHz) určuje detekční schopnosti.
• Analýzu vibrací: Senzory motorů a konstrukce monitorují stav v Hz.
• Digitální systémy: Avionické počítače synchronizují data v MHz–GHz.

Přesné přidělení frekvencí brání rušení a podporuje bezpečný, efektivní let.

Hertz v přidělování elektromagnetického spektra

Letectví spoléhá na přísné řízení frekvenčního spektra. Regulační orgány jako ITU a ICAO přidělují pásma pro:

Vše se měří a spravuje v hertzech nebo jejich násobcích (kHz, MHz, GHz).

Matematické vztahy: Frekvence, perioda a letecké systémy

• Frekvence ((f)) a perioda ((T)) jsou převrácené hodnoty: (f = 1/T).
• Vlnový vztah: (f = v/\lambda), kde (v) je rychlost a (\lambda) vlnová délka.

Příklad: Vrtule s 2400 ot./min má frekvenci 40 Hz ((2400 \div 60)).
Signál 120 MHz ve vzduchu ((v \approx 3 \times 10^8~\text{m/s})) má vlnovou délku 2,5 m.

Tyto vztahy určují návrh antén, analýzu signálů a časování systémů.

Frekvence a energie: Kvantové souvislosti v avionice

Energie fotonu ((E)) je úměrná frekvenci ((f)): (E = h \cdot f) (Planckova konstanta (h = 6,626 \times 10^{-34}) J·s).

• LIDAR/infračervené senzory: Vyšší frekvence = vyšší energie fotonu.
• GNSS signály: Frekvence ovlivňuje zpoždění v atmosféře a přesnost polohy.

SI předpony a frekvenční rozsahy v letectví

Hertz v avionice, komunikaci a navigaci

• VHF rádia: 118–137 MHz, s roztečí kanálů 8,33 kHz.
• ILS: Párované frekvence pro přesnost přiblížení.
• Odpovídače: 1090 MHz (odpověď), 1030 MHz (dotaz).
• DME: 962–1213 MHz pro šikmé měření vzdálenosti.
• Meteorologický radar: S-pásmo (2–4 GHz) k detekci srážek.

Standardizovaná frekvence (v Hz) zajišťuje globální kompatibilitu a bezpečnost.

Analýza vibrací a monitorování stavu motoru

Vibrace motoru a draku se analyzují v hertzech:

• Akcelerometry poskytují frekvenční spektra.
• Diagnostické prahy: Určité pásma indikují specifické závady (např. průchod lopatek, soukolí).
• Prediktivní údržba: Monitorování abnormálních frekvencí snižuje neplánované odstávky a zvyšuje bezpečnost.

Hertz v digitálních a fly-by-wire systémech

Moderní avionika využívá vysokofrekvenční digitální sběrnice a procesory:

• ARINC 429: 12,5 kHz; AFDX: 100 Mbps.
• Obnovovací frekvence displejů: 60–120 Hz pro čitelnost letových přístrojů.
• Počítače řízení letu: Pracují na MHz–GHz pro odezvu v reálném čase.

Synchronizace a integrita dat závisí na přesných frekvencích v hertzech.

Regulační odkazy: ICAO a správa frekvencí

ICAO Annex 10 a Doc 9718 stanovují:

• Přidělování frekvencí a rozteče kanálů (např. 8,33 kHz pro VHF).
• Ochranné poměry pro zajištění integrity signálu.
• Postupy pro plánování spektra a minimalizaci rušení.

Standardizace v hertzech umožňuje plynulý a bezpečný provoz po celém světě.

Fyzikální a biologický význam v letectví

• Hlavní rotory vrtulníků: 3–6 Hz – klíčové pro řízení vibrací.
• Tlakování kabiny: Probíhá v hertzových cyklech pro pohodlí a bezpečnost.
• Lidský vestibulární systém: Citlivý na 0,1–2 Hz – důležité při návrhu simulátorů a řešení turbulence.

Porozumění mechanickým frekvencím zvyšuje bezpečnost a pohodlí.

Pokročilé aplikace: GNSS, ADS-B a satelitní komunikace

• GNSS: L-pásmo (1–2 GHz), se stabilitou frekvence na úrovni pod 1 Hz pro přesnost času a polohy.
• ADS-B: 1090 MHz, aktualizace polohy přibližně 2 Hz.
• Satelitní komunikace: C, Ku a Ka pásma (4–40 GHz), spravovaná v hertzech pro oddělení kanálů a řízení rušení.

Hertz umožňuje jednotnou a spolehlivou správu leteckého spektra.

Tabulky: Běžné letecké frekvence a jejich využití

Hertz v lidském sluchu a návrhu kokpitu

Lidský sluch pokrývá 20 Hz–20 kHz. Varovné a výstražné tóny v kokpitu využívají toto rozpětí pro dobrou slyšitelnost a splňují ergonomické normy ICAO a EASA. Hlukové prostředí v kokpitu se analyzuje v hertzech pro zajištění bezpečnosti a snížení rozptýlení pilotů.

Hertz a bezpečnost: Rušení, EMI a certifikace

Testování elektromagnetického rušení (EMI) zahrnuje rozsah 10 kHz–18 GHz+. Certifikace (RTCA DO-160, EUROCAE ED-14) stanovuje frekvenčně specifické limity, které zabraňují poruchám avioniky způsobeným nežádoucími signály. Veškeré testování a regulace jsou založeny na měření v hertzech.

Slovníček souvisejících pojmů z oblasti frekvence

• Frekvence (f): Počet cyklů za sekundu, v hertzech (Hz).
• Perioda (T): Doba trvání jednoho cyklu; převrácená hodnota frekvence.
• Vlnová délka (λ): Délka jednoho cyklu vlny.
• Rychlost vlny (v): Rychlost šíření vlny; pro EM vlny ve vakuu (3 \times 10^8) m/s.
• Cyklus: Jeden úplný kmit.
• Elektromagnetické spektrum: Celý rozsah EM frekvencí; letectví využívá vybraná pásma.

Souhrnná tabulka: Hertz v jednotlivých oblastech letectví

Klíčová fakta k zapamatování

• Hertz (Hz): Jednotka SI pro frekvenci; jeden cyklus za sekundu.
• Pojmenováno po: Heinrichu Hertzovi.
• Vzorce:
  • (f = 1/T)
  • (f = v/\lambda)
  • (E = h \cdot f)
• Příklady z letectví:
  • VHF komunikace: 118–137 MHz
  • Vibrace turbíny: 10–400 Hz
  • Meteorologický radar: 2–4 GHz
  • GNSS: 1,2–1,6 GHz
  • Odpovídač: 1090 MHz

Závěr

Hertz (Hz) je univerzální jednotka SI pro frekvenci, nepostradatelná v letectví, fyzice i inženýrství. Jeho přesná definice je základem pro všechny oblasti, kde je důležitá periodicita, chování vln a cyklické jevy – od vibrací turbínových lopatek po digitální komunikaci a globální navigaci. Přijetí hertzu a jeho násobků SI zajišťuje celosvětovou jednotnost, bezpečnost a srozumitelnost v technologiích, předpisech i provozu.

Zdroj obrázků:

• Elektromagnetické spektrum: Wikimedia Commons
• Sinusoida: Wikimedia Commons

Všechny frekvence a provozní příklady vycházejí ze standardů ICAO, ITU, EASA a FAA dle aktuálních regulačních dokumentů a technické literatury.