Vlnové délky světla. Tvary světelných vln a druhy jejich vibrací

Těleso kmitající v elastickém prostředí vytváří poruchu, která se přenáší z jednoho bodu do druhého a nazývá se vlna. To se děje při určité rychlosti, která je považována za rychlost jejího šíření. To znamená, že se jedná o veličinu, která charakterizuje vzdálenost, kterou urazí jakýkoli bod na vlně za jednotku času.

Nechte vlnu pohybovat se podél jedné z os (například horizontální). Její tvar se po určité době v prostoru opakuje, to znamená, že vlnový profil se pohybuje podél osy šíření konstantní rychlostí. Během odpovídající doby se jeho čelo posune o vzdálenost, která se nazývá vlnová délka.

Ukazuje se, že vlnová délka je právě ta vzdálenost, kterou její čelo „urazí“ za dobu rovnající se periodě oscilace. Pro názornost si představme vlnu v podobě, ve které je obvykle znázorněna na kresbách. Všichni si pamatujeme, jak vypadají, například: Vítr je žene podél moře a každá vlna má hřeben a nejnižší bod (minimum) a obě se neustále pohybují a nahrazují se. Body ležící ve stejné fázi jsou vrcholy dvou sousedních hřebenů (předpokládejme, že hřebeny mají stejnou výšku a pohyb probíhá konstantní rychlostí) nebo dva nejnižší body sousedních vln. Vlnová délka je přesně vzdálenost mezi takovými body (dva sousední hřebeny).

Vše může cestovat ve formě vln – teplo, světlo, zvuk. Všechny mají různé délky. Například když zvukové vlny procházejí atmosférou, mírně mění tlak vzduchu. Oblasti maximálního tlaku odpovídají maximům zvukových vln. Lidské ucho díky své struktuře zaznamenává tyto tlakové změny a vysílá signály do mozku. Takto slyšíme zvuk.

Délka zvukové vlny určuje její vlastnosti. Abyste ji našli, musíte vydělit (měřeno v m/s) frekvencí v Hz. Příklad: Při frekvenci 688 Hz se zvuková vlna pohybuje rychlostí 344 m/s. Vlnová délka v tomto případě bude rovna 344: 688 = 0,5 m. Je známo, že rychlost šíření vlny ve stejném prostředí se nemění, její délka bude proto záviset na frekvenci. Nízké frekvence mají delší vlnovou délku než vysoké frekvence.

Příkladem jiného typu elektromagnetického záření je světelná vlna. Světlo je část elektromagnetického spektra viditelná našim očím. Vlnová délka světla, kterou může lidské vidění vnímat, se pohybuje od 400 do 700 nm (nanometrů). Na obou stranách viditelného rozsahu spektra leží oblasti, které naše oči nevnímají.

Ultrafialové vlny mají vlnovou délku kratší než viditelná část spektra. Lidské oko je sice nevidí, ale přesto jsou schopny našemu zraku značně ublížit.

Vlnová délka je delší než maximální délka, kterou můžeme vidět. Tyto vlny jsou zachycovány speciálními zařízeními a používány například v kamerách pro noční vidění.

Mezi paprsky přístupnými našemu zraku má fialový paprsek nejkratší délku a červený naopak nejdelší. Mezi nimi leží celé viditelné spektrum (pamatujte na duhu!)

Jak vnímáme barvy? Světelné paprsky určité délky dopadají na sítnici oka, která má receptory citlivé na světlo. Tyto receptory přenášejí signály přímo do našeho mozku, kde se vytváří vjem určité barvy. To, jaké barvy přesně vidíme, závisí na vlnových délkách dopadajících paprsků a jas barevného vjemu je dán intenzitou záření.

Všechny předměty kolem nás mají schopnost odrážet, propouštět nebo pohlcovat dopadající světlo (zcela nebo zčásti). Například zelená barva listů znamená, že z celého rozsahu se odrážejí hlavně zelené paprsky, zbytek je pohlcen. Průhledné předměty mají tendenci blokovat záření o určité délce, čehož se využívá např. ve filtrové fotografii).

Barva předmětu tedy vypovídá o jeho schopnosti odrážet vlny určité části spektra. Objekty, které odrážejí celé spektrum, vidíme jako bílé a objekty, které pohlcují všechny paprsky, jako černé.

Ve fyzice se zvuková energie přenáší prostřednictvím vln, které mají jedinečnou schopnost šířit se absolutně v jakémkoli prostředí. Rozmanitost a obrovské množství vlnových procesů neumožňují vědcům identifikovat hlavní vlastnosti vln, protože mezi nimi jsou také jednoduché typy, které věnují pozornost energii. Jsou jedinečné v tom, že se mohou protáhnout absolutní prázdnotou.

Definice 1

Vlnová délka je specifická vzdálenost mezi dvěma blízko sebe umístěnými signálovými vlnami.

Pro přesné určení celé délky vlnových procesů je nutné nejprve změřit vzdálenost mezi dvěma sousedními body dvou vln. Fyzici často určují tuto hodnotu pomocí mezery mezi vrcholy vln, které jsou blízko u sebe.

Vlnová délka má přímý vztah s frekvencí proudu vycházejícího ze signálu. Čím větší je stálost daného prvku, tím kratší bude nakonec délka vlnění. Tato podřízenost je způsobena rychlým nárůstem celkového počtu opakování signálových vln za určitou dobu, jak se nestabilní vlnová délka snižuje.

Pro De Broglieho vlny lze tento ukazatel vypočítat následovně:

$\LARGE \lambda =\frac(h)(p )$

A pokud potřebujete určit přesnější vzorec pro proměnný prvek v elektromagnetickém poli nebo vzduchu, pak můžete použít následující teorii, kde

$\LARGE \lambda =\frac(c)(\nu )=\frac(299792458)(\nu )$

Používá se zde:

• $\lambda$ - délka samotné vlny;
• $\upsilon$ - konstantní rychlost vlny;
• $T$ - určité období vlny;
• $\nu$ - frekvence obecných oscilací;
• $h$ - stabilní bar;
• $p$ - impuls prvku;
• $c$ je rychlost světla.

Stojí za zmínku, že odvětví fyziky, které se zabývá studiem zvukových vln, se nazývá akustika. Pro lidi je zvuk hlavním zdrojem důležitých informací.

Definice 2

Zvuk je specifická vlnová perioda, která má mechanický původ a šíří se v plynném a pevném prostoru.

Nejsou vidět, ale jsou velmi citlivé na lidské ucho.

Rychlost vln ve fyzice

Obrázek 2. Rychlost a vlnová délka. Author24 - online výměna studentských prací

Jakýkoli vlnový proces se šíří určitou rychlostí. Rychlost vln je považována za obecný ukazatel šíření protiakce. Například úder do konce kovové tyče v ní vytvoří místní silnou kompresi, která se pak bude pohybovat podél driftu rychlostí přibližně 10 km/s.

Rychlost vlny lze určit vlastnostmi prostředí, ve kterém k tomuto procesu dochází. Když se vlna transformuje z jednoho prostoru do druhého, její rychlost se dramaticky změní.

Ve fyzice vlnová délka označuje vzdálenost, na kterou se může vlna šířit za dobu rovnající se celkové periodě oscilací v ní.

Definice 3

Rychlost vlnění je absolutní a konstantní hodnota pro určité médium, rovna součinu rychlosti a času jejího zobecnění.

Pro měření vlnové délky je tedy nutné vynásobit rychlost vlnění fází jeho kmitů v něm: kde $v$ je rychlost konkrétní vlny, $T$ je perioda obecných kmitů ve vlně je $\lambda$ délka samotné vlny.

Tento vzorec určuje vztah mezi vlnovou délkou a její rychlostí a fází. Vzhledem k tomu, že interval kmitů ve vlnových procesech je vždy úměrný frekvenci, lze tvrdit, že rychlost vlny se rovná vytvoření délky při stabilní frekvenci kmitů v ní.

Poznámka 1

Vlny jsou schopny přenášet sílu a energii a mají také specifičnost, která pomáhá jednomu vlnovému procesu neovlivňovat vibrace druhého.

Díky tomu mohou tyto dvě granitizace snadno probíhat paralelně a vzájemně se nerušit.

Typy vln

Vlny z fyzikálního hlediska přenášejí obecnou zvukovou energii, která může snadno existovat v jakémkoli prostředí. Vzhledem k rozmanitosti existujících vlnových procesů je nemožné je přesně určit a zdůraznit hlavní charakteristiky, které jsou pro tento jev jedinečné.

Vlnový proces má ve fyzice mnohostrannou povahu, která zahrnuje:

• chemikálie;
• mechanické;
• elektromagnetické;
• spinová vlna;
• gravitační;
• hustota pravděpodobnosti.

Američtí vědci před dvěma lety dostali Nobelovu cenu za vynález unikátního detektoru, který je schopen tyto ukazatele přesně měřit. Zařízení na Laser Gravitational-Wave Observatory poprvé detekovalo gravitační vlnu. Trvalo více než jednu miliardu let, než se tento typ vln dostal na naši planetu. Daleko za viditelným horizontem galaxie došlo k silné srážce dvou černých děr, po které uplynulo jeden a půl miliardy let.

Zvukové vlny jsou považovány za vlny, které jsou snadno vnímatelné lidským uchem. Rozsah těchto frekvencí je přibližně mezi 20 Hz a 20 kHz a vlnové procesy s frekvencí nižší než tyto indikátory se nazývají infrazvuk a s frekvencí vyšší než 20 kHz - ultrazvuk. Zvukové vlny lze nalézt nejen v plynu, ale také v kapalině a v jiných skupenstvích. Zvláště zajímavé jsou však vlny v plynném prostoru – našem životním prostředí.

Typy vln

Všechny zvukové vibrace jsou vybaveny konstantní amplitudou, fází a frekvencí. Zvuky mohou cestovat na úplně jiné vzdálenosti, a pak se přenášet v prostoru ve formě určitých mechanických vibrací molekul konkrétní látky. Šíří se postupně, ale určitou rychlostí, a pak okamžitě zmizí. Jejich rychlost přímo závisí na médiu, ve kterém se nacházejí: v kapalném a pevném skupenství se zvukový proces rozšiřuje lépe a rychleji než ve vzduchu.

Typy vln jsou následující:

• běh - určuje se periodou, rychlostí a délkou a je také charakterizován šířením fází v prostorovém čase v závislosti na frekvenci a médiu;
• stojící – implikuje součet dvou vln: odraženého a dopadajícího, jejichž vznik vyžaduje stejnou intenzitu vlnění;
• zvuk - vyznačuje se důležitým faktorem, protože pouze díky tomuto typu vln mohou lidé komunikovat a přijímat potřebné informace.

Obecně lze usoudit, že příčinou všech zvukových procesů jsou vibrace, stabilní šíření zvuku vyžaduje určitý prostor, zdrojem tohoto jevu je těleso, které má vlastnost kmitání a kmitání se správnou konstantní frekvencí.

Ne každé fyzické tělo, které se pohybuje, však může být zdrojem zvuku. Zajímavým faktem z historie je, že expanze infrazvuku na obrovské vzdálenosti umožňuje přesněji předpovídat přírodní katastrofy. A mořští živočichové, jako jsou raci nebo medúzy, jsou na tyto procesy extrémně citliví, a proto je dokážou pár dní před vypuknutím bouře předvídat a ukrýt se na bezpečném místě. Zvuky také představují frekvenci harmonických a absolutních vibrací.

Při provádění výpočtů a projektování televizních rozhlasových přijímačů a vysílačů, lékařských a optických zařízení, navigačních pomůcek, jakož i v jiných odvětvích techniky a vědy, vzniká nutnost vypočítat vlnovou délku.

Vlnová délka je vzdálenost mezi dvěma body (jakýmikoli), které oscilují ve fázi, ale obvykle se pojem „vlnová délka“ považuje za vzdálenost mezi hřebeny této vlny. Vlnová délka se měří v jednotkách vzdálenosti, například v metrech. Náš článek odpoví na otázku, jak zjistit vlnovou délku.

Vlnová délka je nepřímo úměrná vlnové frekvenci. Víme, že jednotkou frekvence je hertz (Hz). Například frekvence proudu v domácích elektrických sítích v Rusku je 50 Hz. Ale vyšší frekvence se používají k přenosu rozhlasových a televizních signálů.

Stanovení vlnové délky

Například víte, že některá rozhlasová stanice pracuje na frekvenci 1,7 MHz a měřítko vašeho rádia je kalibrováno v metrech. Musíte najít vlnu, na které budete tuto rozhlasovou stanici poslouchat. Abyste mohli odpovědět na otázku, jak určit vlnovou délku, musíte si nejprve zapamatovat, jaké zkratky určitých veličin se rovnají:

• "k" - "kilo", 103=1000
• "M" - "mega", 106=1000000

1. Je nutné převést MHz na Hz. Dostaneme - 1,7 MHz = 1700000 Hz;

2. Vlnovou délku lze zjistit pomocí vzorce:

• λ = c/v, kde c je rychlost světla, v je frekvence záření.

Rychlost světla ve vakuu je téměř stejná jako rychlost světla ve vzduchu. Elektromagnetické vlny a rádiové vlny, rentgenové záření se šíří rychlostí světla. Délka rádiové vlny s frekvencí 1,7 MHz je tedy:

300000000/1700000≈176,47 m.

Jaké jsou vlnové délky?

Čím kratší je vlnová délka, tím vyšší je její frekvence a naopak, proto rozlišují:

• dlouhé vlny (LW), které leží v rozmezí 1000m-10000m
• střední vlny (JZ), které leží v rozmezí 100m-1000m
• krátké (HF), které leží v rozmezí 10m-100m
• ultrakrátké (VHF), které leží v rozmezí 10-6m-10m

Dlouhé vlny mohou urazit až 2000 km, protože se odrážejí od zemského povrchu.

Střední vlny jsou tlumeny povrchem planety. Rozsah šíření takových vln závisí na denní době.

Krátké vlny putují na obrovské vzdálenosti a odrážejí se střídavě od ionosféry a od země.

Když se vlny šíří v různých prostředích, jejich délka se může měnit, ale frekvence zůstává stejná. Záleží na vlastnostech distribučního média.

Vlnová délka

Příklady

Přibližně s chybou asi 0,07% můžete vypočítat rádiovou vlnovou délku takto: 300 děleno frekvencí v megahertzech, dostaneme vlnovou délku v metrech, například pro 80 Hz je vlnová délka 3750 kilometrů, pro 89 MHz - 3,37 metru, pro 2,4 GHz - 12,5 cm.

Přesný vzorec pro výpočet vlnové délky elektromagnetického záření ve vakuu je:

kde je rychlost světla, rovná se v Mezinárodní soustavě jednotek (SI) 299 792 458 m/s přesně.

K určení vlnové délky elektromagnetického záření v jakémkoli prostředí použijte vzorec:

kde je index lomu prostředí pro záření o dané frekvenci.

Poznámky

Literatura

Nadace Wikimedia. 2010.

Podívejte se, co je „vlnová délka“ v jiných slovnících:

Vzdálenost mezi dvěma nejbližšími body harmonické vlny, které jsou ve stejné fázi. Vlnová délka λ = vT, kde T je perioda kmitání, ? fázová rychlost vlny. * * * WAVELENGTH WAVELENGTH, vzdálenost mezi dvěma nejbližšími body... ... encyklopedický slovník

vlnová délka- (λ) Vzdálenost, o kterou se povrch vlny se stejnou fází posune během jedné periody oscilace. [GOST 7601 78] vlnová délka Vzdálenost, kterou urazí pružná vlna za dobu rovnající se jedné celé periodě oscilace. )