Relatie tussen golflengte en frequentie

Golflengte en frequentie - Relatie 

Golven kunnen worden beschreven met behulp van een aantal verschillende kenmerken van een golf. Golflengte en frequentie zijn twee van dergelijke kenmerken. De verhouding tussen golflengte en frequentie is dat de frequentie van een golf vermenigvuldigd met zijn golflengte geeft de snelheid van de golf, zoals we hieronder zullen zien.

Wat is golflengte

We hebben besproken wat golflengte betekent toen we het verschil tussen Golflengte en Periode bespraken. Om samen te vatten; elk punt op een golf oscilleert. Dat wil zeggen, elk punt in een golf vertoont een soort van regelmatige, herhalende verandering in een bepaalde waarde. Als je bijvoorbeeld een golf maakt door een touw op en neer te wiebelen, bewegen de moleculen die het touw vormen zich herhaaldelijk op en neer. Als u een elektromagnetische golf neemt, verandert de waarde van elektrische en magnetische velden als gevolg van de golf op een punt altijd. Als de betreffende golf niet slechts een korte puls is, kunnen er op elk willekeurig moment meerdere punten op een golf zijn die zich in hetzelfde oscillatiestadium bevinden. Bijvoorbeeld oscilleren twee punten op de golf die hun maximale oscillerende waarde gelijktijdig bereiken. Zulke punten, die zich altijd in hetzelfde stadium van oscillatie bevinden, zouden dat wel zijn in fase met elkaar. Golflengte is de afstand tussen de twee dichtstbijzijnde punten die langs een golf in fase met elkaar zijn. Aldus zijn twee aangrenzende pieken of twee aangrenzende troggen op een golf gescheiden door een afstand van één golflengte. Vaak gebruiken we de Griekse letter lambda () om de golflengte van een golf weer te geven:

Golflengte van een golf gecreëerd door een touw op en neer te bewegen

Merk op dat ik heb verwezen naar golflengte als de kortste afstand: dit is slechts een technische kwestie, omdat er oneindig veel paden zijn die je kunt nemen om van het ene punt naar het andere te gaan. Sommige definities van golflengte vermelden misschien niet specifiek de kortste pad, maar in dit geval is de kortste afstand geïmpliceerd in de definitie.

Wat is Frequentie

Frequentie () is het aantal volledige oscillaties dat een golf per tijdseenheid ondergaat. Het wordt gemeten in eenheden van hertz (Hz). Voor geluidsgolven is de frequentie gerelateerd aan de toonhoogte van het geluid. Hoe hoger de frequentie, hoe hoger de toonhoogte. De "middelste C" -noot is bijvoorbeeld een geluidsgolf met een frequentie van 261,63 Hz. Dit betekent dat om deze toon te produceren, moleculen die de geluidsgolf maken of verzenden de 261.63 keer per seconde moeten oscilleren. De noot midden D die een hogere toonhoogte heeft dan de middelste C heeft een frequentie van 293,66 Hz. Mensen kunnen geluiden horen met frequenties tussen ongeveer 20 - 20000 Hz. Geluiden met frequenties lager dan het hoorbare bereik wordt genoemd infrageluid en de geluiden met frequenties boven het menselijk gehoorbereik worden genoemd ultrageluid.

Wat is de relatie tussen golflengte en frequentie

Je zou een golf met een hogere frequentie aan een touw kunnen maken door sneller en sneller op en neer te bewegen. Terwijl je dit doet, zul je merken dat de golflengte van de golf korter wordt. Het is duidelijk dat er een verband is tussen golflengte en frequentie en nu zullen we proberen uit te zoeken wat deze relatie precies is.

Periode () is een andere hoeveelheid die we kunnen gebruiken om een ​​golf te karakteriseren. Periode is de tijd die nodig is voor één volledige oscillatie. Aangezien de frequentie het aantal keren meet dat een golf per tijdseenheid oscilleert, volgt hieruit

Aangezien een golf in één periode één volledige oscillatie ondergaat, keren alle punten in de golf na één periode terug naar dezelfde waarden. Dit gebeurt als gevolg van elke "trap van oscillatie" die een afstand van één golflengte aflegt gedurende één periode om uit te komen op een punt dat één periode eerder in dezelfde trilling was. Met andere woorden, tijdens een periode reist een top naar de positie dat de voorgaande top een periode eerder in beslag nam, enzovoort.

De snelheid van de golf () is de afstand die de golf aflegt per tijdseenheid. Overwegend dat de golf een afstand van één golflengte aflegt gedurende één periode,

We weten dat . Dus we kunnen de bovenstaande vergelijking schrijven als:

Dat wil zeggen, de snelheid van een golf is gelijk aan de frequentie vermenigvuldigd met de golflengte. Dit is de relatie tussen golflengte en frequentie.

Elektromagnetische golven die door vacuüm reizen, hebben een snelheid van 3x10⁸ Mevrouw^-1. Deze snelheid is een fundamentele constante in de natuurkunde en wordt aangeduid met de letter . Dus deze vergelijking wordt soms geschreven als  voor elektromagnetisch reizen door vacuüm.

Deze vergelijking is erg handig. We weten bijvoorbeeld dat elektromagnetische golven kunnen vertragen wanneer ze vanuit de lucht in glas reizen. De frequentie van de golf wordt bepaald door de oorspronkelijke storing die de golf veroorzaakte, dus de frequentie verandert niet wanneer de golf van het ene medium naar het andere gaat. Sinds , dit betekent dat om dezelfde frequentie te behouden terwijl de snelheid afneemt, de golflengte van de golf ook moet worden verminderd.

De snelheid en golflengte van een golf verandert wanneer deze van het ene medium naar het andere gaat.

Dit wordt uitgelegd met een animatie in de onderstaande video:

Afbeelding Met dank

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