Изменяется ли частота света в зависимости от среды: и почему нет?

Частота света связана с количеством световых волн, проходящих из фиксированной точки в единицу секунды. Так что свет любой длины волны обладает определенной частотой, которая ему соответствует.

Свет обладает способностью изменять свои физические свойства при прохождении через разные среды и подвергается определенному процессу, вызывающему изменение их свойств. Частота также является свойством световой волны.. Изменяется ли частота света в зависимости от среды? Это один из знакомых вопросов, которые мы собираемся обсудить в этом посте.

Говоря об изменении среды, легкие процессы, такие как преломление и дифракция удобнее говорить об изменении со средой распространения. В обоих случаях свет распространяется из одной среды в другую с разными индексами.

Изменяется ли частота света в зависимости от среды?

Мы знали, что частота обратно пропорциональна длине волны. Когда белый свет падает на стекло или призму, происходит изменение среды, так как свет распространяется из воздушной среды к призме, индексы которой отличаются друг от друга.

Призма способна преломлять падающую белую световую волну, которая может рассеиваться на заметные цвета с другой длиной волны. Так мы можем наблюдать изменение длины волны падающего белого света, когда он попадает на другую среду, и скорость падающего света тоже меняется, но частота не меняется. Частота падающего света остается прежним.

Изображение с описанием Изменяется ли частота света

Когда свету приходится переходить из одной среды в другую, он должен отклоняться либо из-за преломления, либо из-за дифракции или интерференции. Рассмотрим пример преломления белого света на призме. Показатель преломления призмы немного больше, чем у воздуха; таким образом, происходит искривление света, вызывающее преломление. Преломляющее изображение, которое мы получаем, представляет собой полосу цветов с разными длинами волн, называемую дисперсией.

Кредиты изображения: Изображение предоставлено Герд Альтманн из Pixabay 

Положение рассеянных цветов в спектре обусловлено изменением скорости и длины волны. Цвет в полосе, скорость которой меньше, будет накапливать наименьшее количество позиций, следовательно, длина волны также меньше, поэтому выглядит тусклее. Таким образом скорость также менялась со средой. Группа цветов вместе дает визуальный спектр; частота всего спектра остается неизменной, потому что это объект, определяемый источником коллективно.

Таким образом, хотя скорость и длина волны меняются, частота не меняется вместе со средой; он остается постоянным.

Другими словами, длина волны уменьшается по мере пропорционального уменьшения скорости при перемещении между двумя разными средами. Если взять отношение длины волны к скорости, то оно будет постоянным. Отношение длины волны и скорости света есть не что иное, как частота. Видно, что частота не меняется со средой.

Почему частота света остается постоянной?

Свет имеет способность отклоняться, когда он проходит через среду с разными показателями преломления. В соответствии с их показателями преломления, чем плотнее, либо реже, скорость света либо замедляется, либо становится быстрой.

Игровой автомат свет соответствует пакету энергии в виде фотонов; таким образом, каждое свойство света также связано с энергией. Энергия света постоянна в каждой среде, потому что величина силы, вызывающей колебания фотона, остается постоянной. Это колебание связано с амплитудой света, которая является одной из частотных сущностей. Следовательно, частота света также остается постоянной.

Кредиты изображения: Изображение предоставлено Герд Альтманн из Pixabay 

Постоянную частоту света можно математически описать с помощью выражения

Е = hν

Где E — энергия света, h — постоянная Планка, а ν — частота света.

Поскольку энергия света называется постоянной и существует еще один постоянный фактор; таким образом, частота также постоянна.

Свет квантуется; это означает, что он не может потерять или получить энергию, которая дает постоянную частоту в каждой среде.

Часто задаваемые вопросы

Меняется ли частота звука в зависимости от среды?

Частота — это термин, который никогда не меняется ни в какой среде, поскольку он соответствует энергии.

Когда звуковая волна переходит из более плотной среды в более разреженную, мы можем наблюдать уменьшение длины волны; таким образом, слышимость может меняться, но частота зависит только от источника звука, а не от среды; таким образом, он остается постоянным.

Частота не зависит от среды распространения?

Да, конечно, частота всегда не зависит от среды распространения; это означает, что на частоту не влияют свойства среды.

Частота полностью зависит от источника. Если изменится сам источник, изменится и частота. Он всегда остается независимым от среды распространения.

Связь между скоростью и длиной волны можно выразить, рассматривая скорость света в вакууме.

Приведенное выше утверждение означает, что чем больше длина волны света, тем меньше его частота. Математически уравнение зависимости частоты и длины волны можно записать как

ню=с/λ; где ν — частота, λ — длина волны, c — скорость света.

На какие факторы света влияет изменение среды?

На изменение среды при распространении влияют два фактора; они есть

• Длина волны – длина волны падающего света может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от показателей среды.
• Скорость – скорость замедления света при распространении из более плотной среды в более разреженную.

Как скорость и длина волны света изменяются в зависимости от среды?

Скорость обратно пропорциональна показателю преломления среды, а длина волны пропорциональна скорости.

Если показатель преломления среды увеличивается, скорость света уменьшается; это приводит к уменьшению длины волны света. Увеличение показателя преломления относится к более плотной среде; таким образом, в более плотной среде скорость меньше и пропорционально длине волны. Однако скорость света больше в более разреженной среде и, следовательно, больше длина волны.

Что подразумевается под квантованием света?

В квантовой механике кванты относятся к энергетическим пакетам или фотонам.

Квантованный свет означает, что свет переносит пакеты энергии в зависимости от частоты источника, и его характеризуют четыре набора квантовых чисел. Он существует и в дискретном состоянии, оставаясь, таким образом, везде постоянным.

физический смысл, размерность, формулы, примеры расчета

Вы хотите знать, в чем разница между волновым числом и угловым волновым числом и как их рассчитать? Тогда эта статья как раз для вас. Мы подробно объясним эту тему и покажем на примере, как можно рассчитать эти величины.

Если вы рассматриваете электромагнитную волну с определенной длиной волны, то волновое число является обратным этой длине волны – оно ведет себя противоположным образом. Например, если длина волны увеличивается, волновое число уменьшается. Если, с другой стороны, длина волны уменьшается, то волновое число увеличивается.

Волновое число в спектроскопии

Волновое число k определяется в спектроскопии как обратная величина длины волны λ, то есть ξ = 1 / λ (называется еще пространственной частотой). Однако его также можно выразить через частоту f и скорость света в вакууме c, тогда ξ = f / c или также через число n длин волн, укладывающихся в определенную длину l, то есть ξ = n / l .

В целом, для волнового числа применимо следующее соотношение: ξ = 1 / λ = f / c = n / l .

Важно: Волновое число ξ не следует путать с частотой f. Частота имеет единицу измерения Гц = 1 / с = с^-1 и определяется через обратную величину периода T: f = 1 / T . Она показывает, как часто электромагнитная волна колеблется в секунду.

Единица измерения волнового числа

Обычно волновое число выражается в в следующих единицах измерения (в СИ): 1 / м = м^-1 , что соответствует числу колебаний на метр. Однако единица может быть также преобразована, например, в единицы 1 / см = см^-1 или 1 / мм = мм^-1 .

Между этими единицами измерения существует следующая взаимосвязь: 1 м^-1 = 0,01 см^-1 = 0,001 мм^-1 , соответственно 1 мм^-1 = 100 см^-1 = 1000 м^-1 .

Разница между волновым числом и угловым волновым числом

Угловое волновое число часто ошибочно называют просто волновым числом. Однако, угловое волновое число k является величиной волнового вектора k и связано с волновым числом ξ следующим образом: k = | k | = 2*π*ξ = ω / c = 2*π / λ . В этой формуле где ω представляет собой так называемую угловую частоту. Волновой вектор – это вектор, перпендикулярный волновому фронту волны. Эта формула показывает, что волновое число ξ также может быть вычислено из углового волнового числа k: ξ = k / 2*π .

Важно: Угловую частоту и частоту также нельзя путать друг с другом. Угловая частота ω связана с частотой f следующим образом: ω = 2*π*f .

Физический смысл волнового числа.

Волновое число численно равно числу периодов волны, укладывающихся в отрезок 2π метров. Это пространственный аналог круговой частоты ω (рад·с^-1). Характеристика периодического процесса в пространстве.

Пример расчета волнового числа

Если мы наблюдаем электромагнитную волну с длиной волны λ = 500 нм и хотим вычислить по ней волновое число ξ, то поступаем следующим образом. Чтобы получить размерность м^-1 сначала переведите длину волны в метры. То есть 500 нм = 500 * 10^-9 м = 5*10^-7 м.

Используя представленную выше формулу, вы можете определить соответствующее волновое число: ξ = 1 / λ = 1 / 5*10^-7 = 2*10⁶ м^-1 .

На одном метре волна колеблется 2 миллиона раз. Если преобразовать единицу измерения, то можно сказать, что волна колеблется 2000 раз на одном миллиметре: 2 * 10⁶ м^-1 = 0,001 * 2 * 10⁶ мм^-1 = 2000 мм^-1 .

Пример расчета углового волнового числа

Если использовать ту же длину волны λ = 500 нм =5 *10^-7 м, как в предыдущем примере, и подставьте это значение в формулу для расчета углового волнового числа, то это приведет к следующим результатам: k = 2 * π / λ = 2 * π / 5 *10^-7 м = 1,2566 * 10⁷ м^-1 .

Легко видеть, что угловое волновое число k отличается от волнового числа ξ из предыдущего примера:

ξ = 2*10⁶ м^-1 ↔ k = 1,2566 * 10⁷ м^-1

Преобразование длины волны в волновой число

В следующей таблице показаны два направления преобразования из длины волны в волновое число и наоборот. Кроме того, в последней колонке перечислены некоторые области применения спектроскопии:

Волновое число в 1/мм	Волновое число в 1/см	Волновое число в 1/м	Длина волны в нм	Длина волны в мкм	Длина волны в мм	Применение
1 000	10 000	1 000 000	1 000	1	0,001	Инфракрасная спектроскопия
100	1 000	100 000	10 000	10	0,01	Инфракрасная спектроскопия/терагерцовая спектроскопия
10	100	10 000	100 000	100	0,1	Терагерцовая спектроскопия
1	10	1 000	1 000 000	1 000	1	Микроволновая спектроскопия
0,1	1	100	10 000 000	10 000	10	Микроволновая спектроскопия/электронный спиновый резонанс

Список использованной литературы

1. Мартин Шапер, Mehrdimensionale Ortsfiltertechnik, Springer-Verlag 2014, ISBN 3-658-04944-8 
2. Физическая энциклопедия. В 5 томах/ Гл. ред. А. М. Прохоров. Ред. кол. Д. М. Алексеев, А. М. Балдин. — М.: Советская энциклопедия + Большая российская энциклопедия. — 1998.

Связь между частотой и длиной волны

Волна определяется как возмущение в материале, которое переносит энергию, не вызывая чистого движения частиц. Они путешествуют в периодическом повторяющемся движении, передавая энергию от источника к месту назначения. Волны делятся на два типа: поперечные волны и продольные волны. Поперечные волны — это волны света и воды, а продольные волны — это звуковые волны и волны сжатия.

Какая частота?

Количество колебаний волны в единицу времени определяется как частота (Гц). Это величина, обратная времени, обозначается знаком f. Его единица измерения — герц. Его размерная формула: [M ⁰ L ⁰ T ^-1 ].

Что такое длина волны?

Расстояние между двумя ближайшими точками в фазе друг с другом определяется как длина волны. Он представлен символом (лямбда). Это произведение расстояния, пройденного волной за единицу времени, и общего времени, затраченного на это движение. Его единица измерения – метры. Его размерная формула записывается как [M ⁰ L ¹ T ⁰ ].

Связь между частотой и длиной волны

Частота и длина волны косвенно пропорциональны друг другу. Больше длина волны, меньше частота и наоборот. Скорость, с которой распространяется волна, равна произведению ее частоты на длину волны, что оправдывает связь между этими двумя параметрами.

V = λ f

где,

V – скорость волны,

f — частота волны,

λ — длина волны.

Вывод

Связь между частотой и длиной волны можно вывести, используя формулы для этих двух величин.

Мы знаем, что частота — это время, необходимое для совершения одного колебания вне времени t. Итак, мы имеем,

f = 1/t      …….. (1)

Также известно, что скорость волны – это отношение пройденного волной расстояния ко всему времени, затраченному ею.

V = λ/t

V = λ (1/t)

Используя (1), получаем,

V = λ f

Это выводит соотношение между частотой и длиной волны волны.

Примеры задач

Задача 1. Вычислить частоту волны, если волна совершает один цикл за 0,02 с.

Решение:

Имеем,

Время (t) = 0,02 с

Используя формулу, которую имеем,

f = 1/t

f = 1/0,02

f = 50 Гц

Задача 2. Вычислить длину волны, бегущей со скоростью 250 м/с и имеющей частоту 600 Гц.

Решение:

Мы имеем,

В = 250,

F = 600

Используем формулу, которую мы имеем,

В = λ

=> 250 = λ (600)

. => λ = 250/600

=> λ = 5/12

=> λ = 0,416 м

Задача 3. Вычислить длину волны волны, бегущей со скоростью 32 м/с и имеющей частоту 800 Гц.

Решение:

Мы имеем,

В = 32,

F = 800

Используем формулу, которую мы имеем,

В = λ

=> 32 = λ (800)

. => λ = 32/800

=> λ = 1/25

=> λ = 0,04 м

Задача 4. Вычислить частоту волны, бегущей со скоростью 70 м/с и имеющей длину волны 2 м.

Решение:

У нас есть,

В = 70,

λ = 2

Используя формулу, которую мы имеем,

В = λ f

=> 70 = 2f

=> f = 70/2

5 Hz =

2 => f

Задача 5. Вычислить частоту волны, бегущей со скоростью 135 м/с и имеющей длину волны 10 м.

Решение:

Имеем,

V = 135,

λ = 10

Используя формулу, которую имеем,

V = 0 3 λ f

2 => 135 = 10f

=> f = 135/10

=> f = 13,5 Гц

Задача 6. Вычислить время, за которое волна проходит расстояние 0,2 м со скоростью 350 м /с.

Решение:

Мы имеем,

В = 350,

λ = 0,2

Используя формулу, которую мы имеем,

В = λ F

=> 350 = 0,2 F

=>> λ F

=> 350 = 0,2 F

=>> λ F

=> 350 = 0,2 F

=> f = 350/0,2

=> f = 1750 Гц

Найдите затрачиваемое время по формуле f = 1/t.

t = 1/f

= 1/1750

= 0,00057 с

Задача 7. Вычислить скорость волны, прошедшей расстояние 2,5 м за 8 с.

Решение:

Мы имеем,

λ = 2,5,

T = 8,

Найти частоту с помощью формулы,

F = 1/T

= 1/8

= 0,125 Гц

Используя формулу, которую мы имеем,

В = λ f

В = (2,5) (0,125)

В = 0,3125 м/с

Связь между длиной волны и частотой

15 ноября 2015 г.

от Nipun

5 минут чтения

Длина волны и частота – взаимосвязь 

Волны можно описать с помощью ряда различных характеристик волны. Двумя такими характеристиками являются длина волны и частота. Соотношение между длиной волны и частотой состоит в том, что частота волны, умноженная на ее длину волны, дает скорость волны , как мы увидим ниже.

Что такое длина волны

Мы обсуждали значение длины волны, когда обсуждали разницу между длиной волны и периодом. Резюмировать; каждая точка волны колеблется. То есть каждая точка на волне показывает какое-то регулярное, повторяющееся изменение некоторого значения. Например, если вы создаете волну, покачивая веревку вверх и вниз, то молекулы, из которых состоит веревка, постоянно движутся вверх и вниз. Если взять электромагнитную волну, то величина электрического и магнитного полей, обусловленных волной, в точке всегда меняется. Если рассматриваемая волна представляет собой не просто короткий импульс, то в любой момент времени на волне может быть несколько точек, находящихся на одной и той же стадии колебаний. Например, две точки на волне, которые одновременно достигают своего максимального значения в колебаниях, колеблются в унисон. Такие точки, которые всегда находятся на одной и той же стадии колебаний, называются 9.0005 в фазе друг с другом. Длина волны – это расстояние между двумя ближайшими точками, которые находятся в фазе друг с другом вдоль волны. Таким образом, два соседних пика или две соседние впадины на волне разделены расстоянием в одну длину волны. Часто мы используем греческую букву лямбда () для обозначения длины волны:

Длина волны, создаваемой раскачиванием веревки вверх и вниз

это просто формальность, потому что существует бесконечно много путей, по которым можно перейти из одной точки в другую. В некоторых определениях длины волны может не упоминаться конкретно кратчайший  путь , но в данном случае в определении подразумевается кратчайшее расстояние.

Что такое частота

Частота ( ) — это число полных колебаний , которое волна совершает за единицу времени . Измеряется в герцах (Гц). Для звуковых волн частота связана с высотой звука. Чем выше частота, тем выше высота звука. Например, нота «средняя до» — это звуковая волна с частотой 261,63 Гц. Это означает, что для создания этой ноты молекулы, создающие или передающие звуковую волну, должны колебаться 261,63 раза в секунду. Средняя нота D, которая имеет более высокий тон, чем средняя C, имеет частоту 29.3,66 Гц. Люди могут слышать звуки с частотами от 20 до 20000 Гц. Звуки с частотами ниже слышимого диапазона называются инфразвуком , а звуки с частотами выше диапазона человеческого слуха называются ультразвуком .

Какая связь между длиной волны и частотой

Вы можете создать волну с более высокой частотой на веревке, покачивая вверх и вниз с большей скоростью. При этом вы заметите, что длина волны становится короче. Ясно, что существует связь между длиной волны и частотой, и сейчас мы попытаемся выяснить, в чем именно заключается эта связь.

Период ( )  — еще одна величина, которую мы можем использовать для характеристики волны. Период – это время, необходимое для одного полного колебания . Поскольку частота измеряет количество колебаний волны в единицу времени, отсюда следует, что

Поскольку волна совершает одно полное колебание в течение одного периода, все точки волны возвращаются к одним и тем же значениям через один период. Это происходит в результате того, что каждая «стадия колебаний», проходя расстояние в одну длину волны в течение одного периода, оказывается в точке, которая находилась на той же стадии колебаний одним периодом ранее. Другими словами, в течение одного периода гребень перемещается в положение, которое предыдущий гребень занимал за один период до этого, и так далее.

Скорость волны () — это расстояние, которое волна проходит за единицу времени. Учитывая, что волна проходит расстояние в одну длину волны за один период,

Мы это знаем.

Таким образом, мы можем записать приведенное выше уравнение как:

То есть скорость волны равна ее частоте, умноженной на длину волны. Это соотношение между длиной волны и частотой.

Электромагнитные волны, распространяющиеся в вакууме, имеют скорость 3×10 ⁸ мс ^-1 . Эта скорость является фундаментальной константой в физике и обозначается буквой . Поэтому это уравнение иногда записывают как для электромагнитного путешествия в вакууме.

Это уравнение очень полезно. Например, мы знаем, что электромагнитные волны могут замедляться при переходе из воздуха в стекло. Частота

волны определяется первоначальным возмущением, вызвавшим волну, поэтому частота не меняется при переходе волны из одной среды в другую. Поскольку это означает, что для того, чтобы поддерживать ту же частоту при уменьшении скорости, необходимо также уменьшить длину волны.

Скорость и длина волны изменяются при переходе из одной среды в другую.

Это объясняется анимацией в видео ниже: