Atunci când alegeți un post de radio în fapt selectați o anumită frecvență. Am definit deja perioada și frecvența pentru vibrații, dar ce înseamnă acestea în cazul unei unde?
Putem „recicla” definiția noastră anterioară pur și simplu enunțând-o în termeni de vibrații pe care le provoacă unda când trece de un receptor într-un anumit punct al spațiului. Pentru o undă sonoră, acest receptor ar putea fi un timpan sau un microfon. Dacă vibrațiile timpanului se repetă iar și iar, adică sunt periodice, atunci descriem undele sonore care a provocat aceste vibrații ca fiind periodice. De asemenea, putem defini perioada și frecvența unei unde în funcție de perioada și frecvența vibrațiilor pe care le provoacă.
Perioada unei unde sonore se corelează cu impresia noastră senzorială asupra tonului muzical. O frecvență înaltă (perioadă scurtă) este o notă înaltă. Sunetele care definesc cu adevărat notele muzicale ale unei melodii sunt doar cele periodice.
Frecvența unei unde de lumină corespunde culorii. Violetul este capătul de înaltă frecvență al curcubeului, roșul capătul de joasă frecvență. O culoare ca maro care nu apare într-un curcubeu nu este o undă luminoasă periodică. Multe fenomene pe care nu le considerăm în mod normal ca fiind lumină sunt de fapt doar forme de lumină invizibilă, deoarece se situează în afara plajei de frecvențe pe care ochii noștri le pot detecta. Dincolo de capătul roșu al curcubeului vizibil, există unde infraroșii și unde radio. Trecând de capătul violet, avem ultraviolete, raze X și raze gama.
Grafice ale undelor în funcție de poziție
Unele unde, cum ar fi undele sonore, sunt ușor de studiat plasând un detector într-o anumită locație din spațiu și studiind mișcarea în funcție de timp. Rezultatul este un grafic a cărui axă orizontală este timpul. Pe de altă parte, luând ca exemplu un val de apă, este mai simplu să te uiți direct la val. Acest instantaneu vizual se transpune într-un grafic al înălțimii valului de apă în funcție de poziție.
În același mod putem înregistra electrocardiograma unei persoane sau unde seismice prea mici pentru a fi resimțite de om, dar detectabile de un seismometru. Luând ca exemplu seismometrul, graficul este în esență o înregistrare a mișcării undelor solului în funcție de timp. Presupunând, așa cum se întâmplă de obicei, că viteza undei este constantă indiferent de forma undei, cunoașterea mișcării undei în funcție de timp este echivalentă cunoașterii ei în funcție de poziție.
Lungimea de undă
Orice undă periodică va afișa, de asemenea, un model de repetare atunci când este reprezentată grafic în funcție de poziție. Distanța parcursă de o repetare este denumită „lungime de undă”. Notarea obișnuită pentru lungimea de undă este λ, adică litera greacă lambda. Lungimea de undă este pentru spațiu, așa cum este perioada pentru timp.
Viteza de undă în raport cu frecvența și lungimea de undă
Să presupunem că generăm o perturbare repetitivă prin lovirea suprafeței de apă a unei piscine. Lungimea de undă este pur și simplu distanța pe care o poate parcurge un val înainte de a genera următorul val. Distanța dintre valuri este λ, iar timpul dintre impulsuri este perioada T, deci viteza undei este distanța împărțită la timp, v = λ/T.
Această relație importantă și utilă este scrisă mai frecvent în termeni de frecvență, v = f·λ.
Ecuația v = f·λ definește o relație fixă între oricare dintre cele două variabile, dacă cealaltă este menținută fixă. Viteza undelor radio în aer este aproape exact aceeași pentru toate lungimile de undă și frecvențe (este exact aceeași dacă sunt în vid), deci există o relație fixă între frecvența și lungimea de undă a acestora. Astfel putem spune fie „Suntem pe aceeași lungime de undă?”, fie „Suntem pe aceeași frecvență?”.
Un exemplu este comportamentul unei unde care se deplasează dintr-o regiune în care mediul are un set de proprietăți către o zonă în care mediul se comportă diferit. Frecvența este acum fixă. Deoarece frecvența trebuie să fie rămână la fel, orice modificare a vitezei care rezultă din noul mediu trebuie să provoace o modificare a lungimii de undă.
Viteza undelor de apă depinde de adâncimea apei, deci, pe baza ecuației λ = v / f, vedem că undele apei care se deplasează într-o regiune cu adâncime diferită trebuie să-și schimbe lungimea de undă. Acest efect poate fi observat atunci când valurile oceanelor se apropie de țărm. Dacă decelerarea undei este suficient de bruscă, vârful undei se curbează, rezultând o „spargere” a valului.
— ••• —
Acesta este ultimul articol din cartea „Fizica conceptuală”. Puteți citi întreaga cartea mergând la CUPRINS
