Загрузить PDF
Загрузить PDF
Длина волны – это расстояние между двумя соседними точками, которые колеблются в одной фазе; как правило, понятие «длина волны» ассоциируется с электромагнитным спектром.[1]
Метод вычисления длины волны зависит от данной информации. Воспользуйтесь основной формулой, если известны скорость и частота волны. Если нужно вычислить длину световой волны по известной энергии фотона, воспользуйтесь соответствующей формулой.
-
1
Воспользуйтесь формулой для вычисления длины волны. Чтобы найти длину волны, разделите скорость волны на частоту. Формула:
[2]
-
2
Используйте соответствующие единицы измерения. Скорость измеряется в единицах метрической системы, например, в километрах в час (км/ч), метрах в секунду (м/с) и так далее (в некоторых странах скорость измеряется в британской системе, например, в милях в час). Длина волны измеряется в нанометрах, метрах, миллиметрах и так далее. Частота, как правило, измеряется в герцах (Гц).[3]
- Единицы измерения конечного результата должны соответствовать единицам измерения исходных данных.
- Если частота дана килогерцах (кГц), или скорость волны в километрах в секунду (км/с), преобразуйте данные значения в герцы (10 кГц = 10000 Гц) и в метры в секунду (м/с).
-
3
Известные значения подставьте в формулу и найдите длину волны. В приведенную формулу подставьте значения скорости и частоты волны. Разделив скорость на частоту, вы получите длину волны.[4]
- Например. Найдите длину волны, распространяющейся со скоростью 20 м/с при частоте колебаний 5 Гц.
-
4
Воспользуйтесь приведенной формулой, чтобы вычислить скорость или частоту. Формулу можно переписать в другом виде и вычислить скорость или частоту, если дана длина волны. Чтобы найти скорость по известным частоте и длине волны, используйте формулу:
. Чтобы найти частоту по известным скорости и длине волны, используйте формулу: .[5]
Реклама
-
1
-
2
Перепишите представленную формулу, чтобы найти длину волны. Для этого проделайте ряд математических операций. Обе стороны формулы умножьте на длину волны, а затем обе стороны разделите на энергию; вы получите формулу:
. Если энергия фотона известна, можно вычислить длину световой волны.[7]
- Эту формулу можно использовать для вычисления максимальной длины световой волны, необходимой для ионизации металлов. В формулу подставьте энергию, необходимую для ионизации, и вычислите длину волны.[8]
- Эту формулу можно использовать для вычисления максимальной длины световой волны, необходимой для ионизации металлов. В формулу подставьте энергию, необходимую для ионизации, и вычислите длину волны.[8]
-
3
В полученную формулу подставьте известные значения и вычислите длину волны. В формулу подставьте только значение энергии, потому что две константы являются постоянными величинами, то есть не меняются. Чтобы найти длину волны, перемножьте константы, а затем результат разделите на энергию.[9]
- Например. Найдите длину световой волны, если энергия фотона равна 2,88 x 10-19 Дж.
Реклама
-
1
Проверьте ответ. Для этого умножьте длину волны на частоту. Если вы получите данное значение скорости, решение правильное; в противном случае проверьте вычисления. Если вы пользуетесь калькулятором, правильно вводите числа.
- Например. Найдите длину волны, которая распространяется со скоростью 343 м/с при частоте колебаний 70 Гц.
- Решите эту задачу как описано выше и получите значение 4,9 м.
- Проверьте ответ: 4,9 м х 70 Гц = 343 м/сек. Это данная в условии задачи скорость, поэтому решение верное.
- Например. Найдите длину волны, которая распространяется со скоростью 343 м/с при частоте колебаний 70 Гц.
-
2
Используйте экспоненциальную запись чисел, чтобы избежать ошибок при округлении чисел (в калькуляторе). Порой в вычислении длины волны участвуют очень большие числа, особенно когда присутствует скорость света. Это может привести к ошибкам округления чисел. Поэтому используйте экспоненциальную запись чисел.[10]
- Например. Свет проходит сквозь воду со скоростью 225000000 м/с. Найдите длину световой волны, если ее частота равна 4 x 1014 Гц.
-
3
Помните, что частота волны не меняется при изменении среды ее распространения. Во многих задачах волна распространяется в двух средах, и некоторые учащиеся пытаются вычислить две длины волны. Это ошибка, потому что в отличие от скорости распространения и длины волны частота волны не меняется при изменении среды ее распространения.[11]
- Например, световая волна длиной λ, распространяющаяся со скоростью v при частоте f, переходит из воздушного пространства в некоторую среду, показатель преломления которой равен 1,5. Как изменятся указанные три величины?
Реклама
Об этой статье
Эту страницу просматривали 158 193 раза.
Была ли эта статья полезной?
Длина волны — это расстояние между двумя последовательными пиками (гребнями) или впадинами. Самое высокое положение волны называется пиком. Самое нижнее положение волны называется впадиной.
Цикл — это полное колебание, например, кривая между двумя гребнями или двумя впадинами. Максимальное расстояние волны от равновесного положения называется амплитудой.
На рисунке показаны основные параметры волны, используемые в физике:
Определение и формула длины волн
Волна — это возмущение, распространяющееся от точки, в которой она возникла, в окружающую среду. Такое возмущение переносит энергию без чистого переноса вещества.
Длина представляет собой фактическое расстояние, пройденное волной, которое не всегда совпадает с расстоянием среды, или частиц, в которых распространяется волна. Ее также определяют как пространственный период волнового процесса.
Греческая буква «λ» (лямбда) в физике используется для обозначения длины в уравнениях. Она обратно пропорциональна частоте волны.
Период Т — время завершения полного колебания, единица измерения секунды (с).
Длинная волна соответствует низкой частоте, а короткая — высокой. Длина измеряется в метрах. Количество волн, излучаемых в каждую секунду, называется частотой и обратно пропорционально периоду.
У различных длин разная скорость распространения. Например, скорость света в воде равна 3/4 от скорости в вакууме.
Пространственный период волны — это расстояние, которое точка с постоянной фазой «пролетает» за интервал времени, соответствующий периоду колебаний.
Частота f — количество полных колебаний в единицу времени. Измеряется в Герцах (Гц).
При одном полном колебании в секунду f = 1 Гц; при 1000 колебаний в секунду f = 1 килогерц (кГц); 1 млн. колебаний в секунду f = 1 мегагерц (1 МГц).
Зная, что скорость света в вакууме с — 300 000 км/с, или 300 000 000 м/с, то для перевода длины волны в частоту нужно 3 х 108 м/с поделить на длину в метрах.
Единицы измерения длины волны λ — нанометры и ангстремы, где нанометр является миллиардной частью метра (1 м = 109 нм) и ангстрем является десятимиллиардной частью метра (1 м = 1010 А), то есть нанометр эквивалентен 10 ангстрем (1 нм = 10 А).
Свет, который исходит от Солнца, является электромагнитным излучением, которое движется со скоростью 300 000 км/с, но длина не одинакова для любого фотона, а колеблется между 400 нм и 700 нм. Длина световой волны влияет на цвет.
Белый свет разлагается на спектр различных цветных полос, каждая из которых определяется своей длиной волны. Таким образом, светом с наименьшей длиной является фиолетовый, который составляет около 400 нм, а светом с наибольшей длиной — красный, который составляет около 700 нм.
Таблица показывает длину волны в зависимости от цвета:
Излучения с длиной меньше фиолетового называются ультрафиолетовым излучением, рентгеновским и гамма-лучами в порядке уменьшения. Излучения больше красного называются инфракрасными, микроволнами и радиоволнами, в порядке возрастания.
Предельная дальность связи зависит от длины. Размеры антенны часто превышают рабочую длину радиоэлектронного средства.
Рисунок показывает длину волн и частоту (нм), исходящих от различных источников:
Примеры расчета длины волны для звуковых, электромагнитных и радиоволн
Задача №1
Скорость звука в воде 1450 м/с. На каком расстоянии находятся ближайшие точки, совершающие колебания в противоположных фазах, если частота колебаний равна 725 Гц?
Задача №2
Мимо неподвижного наблюдателя, стоящего на берегу озера, за 6 с. прошло 4 гребня волны. Расстояние между первым и третьим гребнями равно 12 м. Определить период колебания частиц волны, скорость распространения и длину волны.
Задача №3
Голосовые связки певца, поющего тенором (высоким мужским голосом), колеблются с частотой от 130 до 520 Гц. Определите максимальную и минимальную длину излучаемой звуковой волны в воздухе. Скорость звука в воздухе 330 м/с.
Download Article
Download Article
Wavelength is the distance of 1 frequency wave peak to the other and is most commonly associated with the electromagnetic spectrum.[1]
Calculating wavelength is dependent upon the information you are given. If you know the speed and frequency of the wave, you can use the basic formula for wavelength. If you want to determine the wavelength of light given the specific energy of a photon, you would use the energy equation. Calculating wavelength is easy as long as you know the correct equation.
-
1
Calculate wavelength with the wavelength equation. To find the wavelength of a wave, you just have to divide the wave’s speed by its frequency. The formula for calculating wavelength is:
.
[2]
-
2
Use the correct units. Speed can be represented using both metric and imperial units. You may see it as miles per hour (mph), kilometers per hour (kph), meters per second (m/s), etc. Wavelength is almost always given in metric units: nanometers, meters, millimeters, etc. Frequency is generally expressed in Hertz (Hz) which means “per second”.[3]
- Always keep units consistent across the equation. Most calculations are done using strictly metric units. If the frequency is in kilohertz (kHz) or the wave speed is in km/s you will need to convert these numbers to Hertz and m/s by multiplying by 1000 (10 kHz = 10,000 Hz).
Advertisement
-
3
Plug the known quantities into the equation and solve. If you want to calculate the wavelength of a wave, then all you have to do is plug the wave’s speed and wave’s frequency into the equation. Dividing speed by frequency gives you the wavelength.[4]
- For example: Find the wavelength of a wave traveling at 20 m/s at a frequency of 5 Hz.
-
4
Use this equation to solve for speed or frequency. You can rearrange this equation and solve for speed or frequency if given wavelength. To calculate speed given frequency and wavelength, use
. To calculate frequency given speed and wavelength, use .[5]
Advertisement
-
1
-
2
Rearrange to solve for wavelength. You can rearrange the equation with algebra to solve for wavelength. If you multiply both sides of the equation by wavelength and then divide both sides by energy, you are left with
. If you know the energy of the photon, you can calculate its wavelength.[7]
This equation can also be used to determine the maximum wavelength of light necessary to ionize metals. Simply use the energy required for ionization and solve for the corresponding wavelength.
-
3
Plug in the known variables and solve. Once you have rearranged the equation, you can solve for the wavelength by plugging in the variables for energy. Because the other two variables are constants, they are always the same. To solve, multiply the constants together and then divide by the energy.[8]
- For example: Find the wavelength of a photon with an energy of 2.88 x 10-19 J.
Advertisement
-
1
Check your answer by multiplying the wavelength by the frequency. If you found the right value for the wavelength, multiplying by the frequency should get you the wave speed you started with. If it doesn’t, check your math. If you are using a calculator, make sure you have typed the numbers in correctly.
- For example: What is the wavelength of a 70 Hertz sound wave traveling at 343 meters per second?
- You follow the instructions above and get an answer of 4.9 meters.
- Check your work by calculating 4.9 meters x 70 Hz = 343 meters/second. This is the wave speed you started with, so your answer is correct.
- For example: What is the wavelength of a 70 Hertz sound wave traveling at 343 meters per second?
-
2
Use scientific notation to avoid calculator rounding errors. Wavelength calculations often involve very large numbers, especially if you’re working with light speed. This can lead to rounding errors on your calculator. Prevent this by writing your numbers in scientific notation and double checking the significant digits.[9]
- For example: Light travels through water at about 225,000,000 meters per second. If the wave’s frequency is 4 x 1014 Hz, what is its wavelength?
-
3
Do not change frequency when a wave enters a different medium. Many word problems involve a wave that crosses the boundary from one medium to another. A common mistake here is calculating a new frequency for the wave. In fact, the frequency of the wave remains the same when it crosses the boundary, while the wavelength and wave speed change.[10]
- For example: A light wave with frequency f, speed v, and wavelength λ crosses from air to a medium with refractive index 1.5. How do these three values change?
-
4
Check your units. The units you use will often tell you what to do when you are solving a problem. If they do not make sense when you finish, then check to see if you used the right units.
- For example, perhaps you used Joules when you should have used Hertz, so you ended up with the incorrect answer.
Advertisement
Calculator, Practice Problems, and Answers
Add New Question
-
Question
What is the formula for wavelength?
Meredith Juncker is a PhD candidate in Biochemistry and Molecular Biology at Louisiana State University Health Sciences Center. Her studies are focused on proteins and neurodegenerative diseases.
Scientific Researcher
Expert Answer
Wavelength can be calculated using the following formula: wavelength = wave velocity/frequency. Wavelength usually is expressed in units of meters. The symbol for wavelength is the Greek lambda λ, so λ = v/f.
-
Question
How do I calculate the wave length given only the frequency?
Meredith Juncker is a PhD candidate in Biochemistry and Molecular Biology at Louisiana State University Health Sciences Center. Her studies are focused on proteins and neurodegenerative diseases.
Scientific Researcher
Expert Answer
The speed of light never changes, so v will always equal 3.0 x 10^8 m/s. This value, divided by the given frequency, will give you wavelength.
-
Question
If the frequency of a radio wave is 4.5GHz, what is the wavelength of the wave (velocity of light=3x10m/s)?
Meredith Juncker is a PhD candidate in Biochemistry and Molecular Biology at Louisiana State University Health Sciences Center. Her studies are focused on proteins and neurodegenerative diseases.
Scientific Researcher
Expert Answer
f = 4.5 GHz = 4.5 x 10^9 Hz (Hz = s^-1)
v = 3.0 x 10^8 m/s
lambda = v/f= (3.0 x 10^8 m/s) / (4.5 x 20^9 s^-1)
= 0.0666 m
= 66.6 um
See more answers
Ask a Question
200 characters left
Include your email address to get a message when this question is answered.
Submit
Advertisement
About This Article
Article SummaryX
To calculate wavelength, use the formula wavelength = speed divided by frequency. Just plug in the wave’s speed and frequency to solve for the wavelength. Remember to use the correct units when you’re using the formula and writing your answer. If you want to learn more, like how to calculate wavelength with the energy formula, keep reading the article!
Did this summary help you?
Thanks to all authors for creating a page that has been read 1,480,850 times.
Did this article help you?
Содержание:
- Определение и формула длины волны
- Длина стоячей волны
- Длина бегущей волны
- Длина бегущей волны
- Длина электромагнитной волны
- Единицы измерения длины волны
- Примеры решения задач
Определение и формула длины волны
Определение
Длиной волны называют кратчайшее пространственное расстояние между ее точками, совершающими колебания в одной фазе.
Обозначают длину волны, чаще всего буквой $lambda$ .
Для синусоидальных волн $lambda$ – это расстояние, на которое волна распространяется за один период
(T). Длину волны в этом случае еще называют пространственным периодом. Тогда формулой длины волны можно считать выражение:
$$lambda=v T=frac{v}{nu}=frac{2 pi}{k}$$
где v – скорость распространения волны, $nu=frac{1}{T}$ – частота колебаний,
$k=frac{omega}{v}$ – волновое число,
$T=frac{2 pi}{omega}$ – период волны,
$omega$ – циклическая частота волны.
Длина стоячей волны
Длиной стоячей волны($lambda_{st}$) называют расстояние в пространстве между
двумя пучностями (или узлами):
$$lambda_{s t}=frac{pi}{k}=frac{lambda}{2}(2)$$
где $lambda$ – длина бегущей волны. Надо заметить, что расстояние между соседними пучностью и
узлом связывает равенство:
$$frac{lambda_{s t}}{2}=frac{lambda}{4}(3)$$
Длина бегущей волны
В бегущей волне длина волны связана с фазовой скоростью (vph) формулой:
$$lambda=frac{v_{p h}}{nu}(4)$$
Длина бегущей волны
Разность фаз и длина волны
Две точки волны находящиеся на расстоянии
$Delta x$ имеют при колебании разность
фаз ($Delta varphi$), которая равна:
$$Delta varphi=frac{2 pi Delta x}{lambda}(5)$$
Длина электромагнитной волны
Скорость распространения электромагнитных волн в вакууме равна скорости света в вакууме
($c approx 3 cdot 10^{8}$ м/с), следовательно, длина электромагнитной волны в
вакууме, может быть рассчитана при помощи формулы:
$$lambda=c T=frac{c}{nu}(6)$$
Длина электромагнитной волны в веществе равна:
$$lambda=frac{c}{n nu}(7)$$
где $n=sqrt{varepsilon mu}$ – показатель преломления вещества,
$varepsilon$ – диэлектрическая проницаемость вещества,
$mu$ – магнитная проницаемость вещества.
Отметим, что все рассматриваемые формулы относят к случаю T=const.
Единицы измерения длины волны
Основной единицей измерения длины волны в системе СИ является: [$lambda$]=м
В СГС: [$lambda$]=см
Примеры решения задач
Пример
Задание. Каково приращение длины электромагнитной волны, имеющей частоту v=1 МГц при ее переходе в немагнитную среду,
которая имеет диэлектрическую проницаемость $varepsilon$=2?
Решение. Так как речь в условии задачи идет о немагнитной среде, в которую переходит волна, то считаем магнитную
проницаемость вещества равной единице ($mu$=1).
Длина рассматриваемой нами волны в вакууме равна:
$$lambda_{1}=frac{c}{nu}(1.1)$$
Длина волны в веществе:
$$lambda_{2}=frac{c}{n nu}=frac{c}{sqrt{varepsilon mu} cdot nu}(1.2)$$
Используя выражения (1.1) и (1.2) найдем изменение длины волны:
$$Delta lambda=lambda_{2}-lambda_{1}=frac{c}{sqrt{varepsilon mu} cdot nu}-frac{c}{nu}=frac{c}{nu}left(frac{1}{sqrt{varepsilon mu}}-1right)$$
Проведем вычисления, если нам известно помимо данных приведенных в условии задачи, что
$c approx 3 cdot 10^{8}$ м/с- скорость света в вакууме, и v=1 МГц=106 Гц:
$$Delta lambda=frac{3 cdot 10^{8}}{10^{6}}left(frac{1}{sqrt{4 cdot 1}}-1right)=-1,5 cdot 10^{2}(mathrm{~m})$$
Ответ. Длина волны уменьшится на 150 м
236
проверенных автора готовы помочь в написании работы любой сложности
Мы помогли уже 4 430 ученикам и студентам сдать работы от решения задач до дипломных на отлично! Узнай стоимость своей работы за 15 минут!
Пример
Задание. Какова длина плоской синусоидальной волны, которая распространяется по оси X. Две точки, которые
находятся на оси X расположенные на расстояниях 2 м и 3 м от источника совершают колебания с разностью фаз равной
$Delta varphi=frac{3 pi}{5}$ . Каким будет период колебаний в волне, если ее скорость в данной среде равна v=2м/с?
Решение. Сделаем рисунок.
Основой для решения задачи будет формула:
$$Delta varphi=frac{2 pi Delta x}{lambda}=frac{2 pileft(x_{2}-x_{1}right)}{lambda}(2.1)$$
Выразим из (2.1) искомую длину волны, получим:
$$lambda=frac{2 pileft(x_{2}-x_{1}right)}{Delta varphi}(2.2)$$
Период колебаний связан с длиной волны формулой:
$$T=frac{lambda}{v}(2.3)$$
C учетом (2.2), имеем:
$$T=frac{2 pileft(x_{2}-x_{1}right)}{Delta varphi v}$$
Проведем вычисления:
$$
begin{array}{c}
lambda=frac{2 pi(3-2)}{3 pi} cdot 5=frac{10}{3}(m) \
T=frac{10}{3 cdot 2}=1,67(c)
end{array}
$$
Ответ. $lambda approx 3,3 mathrm{~m} ; T approx 1,67 mathrm{c}$
Читать дальше: Формула количества теплоты.
Что такое длина волны
Волна — изменение характеристик физического поля или среды, способное удаляться от места возникновения или колебаться внутри ограниченной области пространства.
Длина волны — расстояние между точками, которое волна проходит за одно колебание.
Если точки отстоят на расстояние (lambda) друг от друга, их смещения из положений равновесия будут одинаковы, и колебания в них будут происходить в одинаковой фазе.
Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.
В системе СИ длина волны измеряется в метрах.
Чем меньше длина волны, тем легче сконцентрировать ее энергию в заданном направлении. Поэтому, например, в эхолокации используют ультразвук. Поскольку ультразвуковые волны в воде затухают гораздо слабее, чем в воздухе, эхолокацию особенно широко используют в гидроакустике.
Физические характеристики волны
Два главных параметра волны — частота колебаний f (число полных циклов колебаний в секунду) и длина волны (lambda) — зависят друг от друга.
Зная эти параметры, можно произвести вычисления, чтобы выяснить период повторения колебаний Т и скорость распространения волны v.
Интенсивность волны описывается такими параметрами, как:
- амплитуда;
- плотность энергии;
- плотность потока мощности.
Геометрически волна состоит из гребней и ложбин.
Для продольных волн чаще используют понятия точек максимального сжатия и максимального растяжения.
Для стоячих волн — понятия пучности и узла, характеризующие участки с максимальной и минимальной амплитудой колебаний.
Виды волн, какие бывают
Продольные волны
Продольные волны — волны, при которых частицы вещества колеблются перпендикулярно направлению распространения.
Они возникают при сопротивлении среды изменению ее объема, их причина — деформация сжатия/растяжения (в твердой среде) или уплотнения/разрежения (в газах и жидкостях).
Продольная волна заставляет частицы среды колебаться у своих положений равновесия, и этот процесс перемещается параллельно направлению распространения волны. Частицы сдвигаются строго по одной линии.
Чтобы узнать длину волны, нужно измерить расстояние между ближайшими точками сжатия или растяжения. Продольные волны могут распространяться в любой среде: твердой, жидкой, газообразной. Во время этого процесса непрерывно изменяется давление в каждой точке среды.
Примечание
В твердых телах продольные волны распространяются быстрее, чем поперечные. Для сравнения: продольная волна движется в стали со скоростью около 5900 м/с, поперечная — примерно 3250 м/с.
Поперечные волны
Поперечные волны — волны, при которых частицы вещества колеблются перпендикулярно направлению распространения.
Они возникают при сдвиге слоев среды относительно друг друга. В поперечной волне колебания элементов происходят в направлениях, перпендикулярных направлению распространения волны. Среда стремится вернуть деформированные частицы на место, при этом на несмещенные частицы рядом со смещенными воздействуют силы упругости и отклоняют их от положения равновесия. Жидкости и газы не сопротивляются изменению формы, поэтому поперечные волны возможны только в твердых средах.
Длина поперечной волны — расстояние между двумя ближайшими ее впадинами или горбами.
Примечание
И продольные, и поперечные волны относятся к упругим — возникающим только в упругой среде, обладающей свойством после деформации возвращаться к прежней форме.
Стоячие волны
Стоячие волны — волновые процессы в распределенных колебательных системах с устойчивым в пространстве расположением участков с максимальной и минимальной амплитудой.
Самую простую одномерную стоячую волну можно возбудить, запустив колебательный процесс с одного конца стержня или гибкой струны. Добравшись до конца стержня или струны, волна отразится, что вызовет наложение.
Бегущие волны
Бегущие волны — процессы последовательного изменения (с определенным запаздыванием) состояния взаимодействующих тел, когда они друг за другом приходят в движение.
Ее можно запустить, например, в системе из косточек домино, выстроенных строго друг за другом на ровной поверхности. Если осторожно толкнуть первую, она, падая, уронит вторую, та — следующую, и в результате такого последовательного падения по ряду побежит волна.
Формулы длины волны
Длина стоячей и бегущей волны
(lambda_{};=;v;times;T;=;frac vf;=;frac{2mathrm{πv}}omega)
v здесь — фазовая скорость волны, Т — период колебаний, f — частота, (omega) — круговая частота.
Длина стоячей волны — это расстояние между двумя пучностями или двумя узлами, которое можно рассчитать с помощью формулы:
(lambda_{ст};=;fraclambda2.)
Длина стоячей волны равна половине длины соответствующей бегущей волны, так как возникает при наложении двух волн, падающей и отраженной, и сумма их амплитуд равна нулю.
Длина электромагнитной волны
Электромагнитная волна — это электрическое и магнитное поля, взаимно превращающиеся друг в друга.
В случае электромагнитных волн колебания совершают векторы электрического и магнитного полей. Механического колебания не происходит, но электромагнитные волны, например, световые, принято относить к поперечным.
Частоты и длины электромагнитных волн изменяются в очень широких пределах: от нескольких колебаний в секунду до (10^{27}), от размеров, сопоставимых с размерами атомов, до миллионов километров в безвоздушном пространстве. Поэтому электромагнитные излучения принято делить на частотные диапазоны в порядке возрастания длины волны, от гамма-лучей к радиоволнам. Границы между выделенными диапазонами условны.
Длина электромагнитной волны обратно пропорциональна частоте и вычисляется через скорость света:
(nutimeslambda;=;с.)
Скорость распространения излучения, она же скорость света, равна:
(3;times;10^8;frac мс.)
Длина звуковой волны
Колебания частотой от 16 до 20 000 Гц воспринимаются ухом человека. Колебания источников звуковых волн, например, струн или голосовых связок, создают в среде последовательно сменяющие друг друга сжатия и разрежения.
Когда периодические изменения давления достигают барабанной перепонки, она совершает вынужденные колебания. Эти колебания анализирует по амплитуде и частоте внутреннее ухо, имеющее форму улитки, рецепторы которого настроены на различные звуковые частоты. Затем колебания передаются в мозг по слуховому нерву и воспринимаются как слышимые звуки.
Длину звуковой волны вычисляют по общей формуле:
(lambda;=;v;times;T;.)
Расчет длины волны через энергию фотона
Электромагнитное излучение испускается не непрерывно, а отдельными порциями, которые называют квантами или фотонами. Их энергия пропорциональна частоте и высчитывается по формуле:
(E;=;htimesnu)
Где h — постоянная Планка, равная (6,6;times;10^{-34};Джtimes с.)
Очевидно, что наибольшую энергию несут кванты коротковолнового излучения. За единицу измерения энергии фотонов обычно принимают электронвольт, его обозначение — эВ. Это энергия, которую приобретает свободный электрон, ускоренный электрическим полем с разностью потенциалов в 1 вольт.
1 электронвольт равен (1,6;times;10^{-19};Дж.)
Кванты видимого излучения обладают энергиями 2–3 эВ и занимают лишь небольшую область исследуемого в астрофизике электромагнитного спектра, который простирается от значений энергии порядка миллионных долей электронвольта для метровых радиоволн до миллионов электронвольт для гамма-излучения.
Так как частота равна скорости распространения излучения, деленной на длину волны, длину волны можно вычислить, зная энергию фотона и частоту.
(lambda;=frac{;htimes;c;}E)
Примеры решения задач
Задача № 1
Найдите длину волны при звучании ноты «ля», если известно, что частота ее колебаний равна 440 Гц, а скорость распространения звука в воздухе — 340 м/с.
Решение:
(lambda;=;v;times;T;)
Для нахождения периода Т воспользуемся формулой (Т;=frac{;1;}f.)
Следовательно, (lambda;=;frac{v;}f.)
Подставив известные данные, получим (lambda;=;frac{340;}{440};=;0,78;м.)
Ответ: 78 см.
Задача № 2
Найдите длину волны, если известно, что ее скорость 8 м/с, а период — 1 час.
Решение:
(lambda;=;v;times;T;)
1 час = 3600 секунд
Подставив известные данные, получим (lambda;=;8;times;3600;=;28800;м.)
Ответ: 28800 м.