Relazione tra lunghezza d'onda e frequenza

Lunghezza d'onda e frequenza - Relazione 

Le onde possono essere descritte utilizzando un numero di caratteristiche diverse di un'onda. La lunghezza d'onda e la frequenza sono due di queste caratteristiche. Il relazione tra la lunghezza d'onda e la frequenza è quella la frequenza di un'onda moltiplicata per la sua lunghezza d'onda dà la velocità dell'onda, come vedremo di seguito.

Qual è la lunghezza d'onda

Abbiamo discusso su cosa significa lunghezza d'onda quando stavamo discutendo la differenza tra lunghezza d'onda e periodo. Per ricapitolare; ogni punto su un'onda sta oscillando. Cioè, ogni punto su un'onda mostra qualche tipo di cambiamento regolare e ripetitivo in qualche valore. Ad esempio, se crei un'onda agitando una corda su e giù, le molecole che formano la corda si muovono ripetutamente su e giù. Se si prende un'onda elettromagnetica, il valore dei campi elettrici e magnetici dovuti all'onda in un punto cambia continuamente. Se l'onda in questione non è solo un impulso breve, in un dato momento, ci possono essere più punti su un'onda che si trovano allo stesso stadio di oscillazione. Ad esempio, due punti sull'onda che raggiungono il loro valore massimo in oscillazione simultaneamente oscillano all'unisono. Tali punti, che sono sempre allo stesso stadio dell'oscillazione, si dice che siano in fase insieme. La lunghezza d'onda è la distanza tra i due punti più vicini che sono in fase l'uno con l'altro lungo un'onda. Pertanto, due picchi adiacenti o due canali adiacenti su un'onda sono separati da una distanza di una lunghezza d'onda. Spesso usiamo la lettera greca lambda () per rappresentare la lunghezza d'onda di un'onda:

Lunghezza d'onda di un'onda creata muovendo una corda su e giù

Nota che ho riferito alla lunghezza d'onda come a più breve distanza: questo è un mero tecnicismo perché ci sono infiniti percorsi che si potrebbero prendere per spostarsi da un punto a un altro. Alcune definizioni di lunghezza d'onda potrebbero non menzionare esplicitamente il più breve percorso ma, in questo caso, la definizione della distanza più breve è implicita.

Cos'è la frequenza

Frequenza () è il numero di oscillazioni complete che un'onda subisce per unità di tempo. Viene misurato in unità di hertz (Hz). Per le onde sonore, la frequenza è correlata al tono del suono. Maggiore è la frequenza, maggiore è l'altezza. Ad esempio, la nota "medio C" è un'onda sonora con una frequenza di 261,63 Hz. Ciò significa che per produrre questa nota, le molecole che creano o trasmettono l'onda sonora dovrebbero oscillare 261,63 volte al secondo. La nota di mezzo D che ha un tono più alto rispetto al centro C ha una frequenza di 293,66 Hz. Gli esseri umani possono ascoltare i suoni con frequenze comprese tra circa 20 e 20000 Hz. Suono con frequenze inferiori all'intervallo udibile infrasuoni e vengono chiamati i suoni con frequenze al di sopra dell'intervallo uditivo umano ultrasuono.

Qual è la relazione tra lunghezza d'onda e frequenza

Potresti creare un'onda con una frequenza più alta su una corda muovendoti su e giù ad una velocità maggiore. Mentre lo fai, noterai che la lunghezza d'onda dell'onda si accorcia. Chiaramente, esiste una relazione tra lunghezza d'onda e frequenza e ora proveremo a scoprire esattamente quale sia questa relazione.

Periodo () è un'altra quantità che possiamo usare per caratterizzare un'onda. Il periodo è il tempo impiegato per un'oscillazione completa. Poiché la frequenza misura il numero di volte in cui un'onda oscilla per unità di tempo, ne consegue

Poiché un'onda subisce un'oscillazione completa durante un periodo, tutti i punti nell'onda ritornano agli stessi valori dopo un periodo. Questo accade come risultato di ogni "stadio di oscillazione" che percorre una distanza di una lunghezza d'onda durante un periodo per finire in un punto che era allo stesso stadio di oscillazione di un periodo prima. In altre parole, durante un periodo, una cresta viaggia verso la posizione in cui il suo stemma precedente stava occupando un periodo prima, e così via.

Il velocità dell'onda () è la distanza percorsa dall'onda per unità di tempo. Considerando che l'onda percorre una distanza di una lunghezza d'onda durante un periodo,

Lo sappiamo . Quindi possiamo scrivere l'equazione di cui sopra come:

Cioè, la velocità di un'onda è uguale alla sua frequenza moltiplicata per la lunghezza d'onda. Questa è la relazione tra lunghezza d'onda e frequenza.

Le onde elettromagnetiche che attraversano il vuoto hanno una velocità di 3 × 10⁸ Signorina^-1. Questa velocità è una costante fondamentale in fisica, ed è denotata dalla lettera . Quindi, questa equazione è talvolta scritta come  per il viaggio elettromagnetico attraverso il vuoto.

Questa equazione è molto utile. Ad esempio, sappiamo che le onde elettromagnetiche possono rallentare quando viaggiano dall'aria al vetro. Il frequenza l'onda è determinata dal disturbo originale che ha causato l'onda, quindi la frequenza non cambia quando l'onda passa da un mezzo a un altro. Da , questo significa che per mantenere la stessa frequenza mentre la velocità diminuisce, anche la lunghezza d'onda dell'onda deve essere ridotta.

La velocità e la lunghezza d'onda di un'onda cambiano quando viaggia da un mezzo a un altro.

Questo è spiegato con un'animazione nel video qui sotto:

Cortesia dell'immagine

"Wave in a rope." Di CK-12 Foundation (File: High School Chemistry.pdf, pagina 178) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons (Modified)