波長と周波数の関係

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Anonim

波長と周波数–関係

波は、波のさまざまな特性を使用して説明できます。波長と周波数はそのような2つの特性です。 NS 関係 波長と周波数の間は 波の周波数にその波長を掛けると、波の速度が得られます、以下に示すように。

波長とは

波長と周期の違いについて話し合ったときに、波長の意味について説明しました。要点をまとめると;波のすべての点が振動しています。つまり、波のすべてのポイントは、ある値のある種の規則的で反復的な変化を示します。たとえば、ロープを上下に揺らして波を作成すると、ロープを構成する分子が繰り返し上下に移動します。電磁波をとると、ある点の波による電界と磁界の値は常に変化します。問題の波が単なる短いパルスではない場合、いつでも、同じ振動段階にある波上にいくつかの点が存在する可能性があります。たとえば、振動で最大値に同時に達する波の2つのポイントは、同時に振動しています。常に振動の同じ段階にあるそのような点は、 同相 お互いに。波長は、波に沿って互いに同相である2つの最も近い点の間の距離です。したがって、波上の2つの隣接するピークまたは2つの隣接する谷は、1つの波長の距離だけ離れています。多くの場合、ギリシャ文字のラムダ(

)波の波長を表すには:

ロープを上下に揺らすことによって作成される波の波長

波長を最短距離と呼んでいることに注意してください。あるポイントから別のポイントに移動するためにたどることができるパスが無限にあるため、これは単なる技術です。波長の定義の中には、最短経路について具体的に言及していないものもありますが、この場合、最短距離が定義に含まれています。

頻度とは

周波数 (

)は、波が単位時間あたりに受ける完全な振動の数です。。ヘルツ(Hz)の単位で測定されます。音波の場合、周波数は音の高さに関係します。周波数が高いほど、ピッチは高くなります。たとえば、「真ん中のC」の音は、周波数が261.63Hzの音波です。これは、この音を生成するために、音波を生成または送信する分子が毎秒261.63回振動する必要があることを意味します。真ん中のCよりもピッチが高い音符の真ん中のDの周波数は293.66Hzです。人間は約20〜20000Hzの周波数の音を聞くことができます。可聴範囲より低い周波数の音はと呼ばれます 超低周波音 人間の可聴範囲を超える周波数の音は 超音波.

波長と周波数の関係は何ですか

より速い速度で上下に揺れることで、ロープ上でより高い周波数の波を作成できます。これを行うと、波の波長が短くなることがわかります。明らかに、波長と周波数の間には関係があり、今度はこの関係が何であるかを正確に調べようとします。

期間 (

) 波を特徴づけるために使用できるもう1つの量です。 周期は、1回の完全な振動にかかる時間です。周波数は、波が単位時間あたりに振動する回数を測定するため、次のようになります。

波は1つの周期の間に1つの完全な振動を受けるので、波のすべてのポイントは1つの周期の後に同じ値に戻ります。これは、各「発振ステージ」が1周期の間に1波長の距離を移動し、1周期前に同じ発振ステージにあったポイントに到達した結果として発生します。つまり、ある期間中に、前のクレストが1期間前に占めていた位置にクレストが移動します。

NS 速度 波の(

)は、波が単位時間あたりに移動する距離です。波が1つの期間中に1つの波長の距離を移動することを考えると、

私達はことを知っています

。したがって、上記の方程式は次のように書くことができます。

つまり、波の速度は、その周波数に波長を掛けたものに等しくなります。これが波長と周波数の関係です。

真空中を伝わる電磁波の速度は3×10です8 MS-1。この速度は物理学の基本定数であり、文字で示されます

。したがって、この方程式は次のように記述されることがあります。

真空中を移動する電磁用。

この方程式は非常に便利です。たとえば、電磁波が空気からガラスに伝わると、電磁波の速度が低下する可能性があることがわかっています。波の周波数は、波を引き起こした元の外​​乱によって決定されるため、波が1つの媒体から別の媒体に移動しても周波数は変化しません。以来

、これは、速度が低下している間、同じ周波数を維持するために、波の波長も短縮する必要があることを意味します。

波の速度と波長は、ある媒体から別の媒体に移動するときに変化します。

これは、以下のビデオのアニメーションで説明されています。

画像提供

「ロープを振ってください。」 CK-12財団(ファイル:High School Chemistry.pdf、178ページ)[CC BY-SA 3.0]、ウィキメディアコモンズ経由(変更)

波長と周波数の関係