频率和波长是波的两个基本属性。频率(单位Hz)是波每秒重复的次数。波长是连续波峰之间的物理距离。两者通过波在介质中的速度呈反比关系。
公式
波长 = 速度 / 频率
λ = v / f
或者:
频率 = 速度 / 波长
f = v / λ
电磁波(光)在真空中的速度:v = 3 × 10⁸ m/s。
示例:光
可见绿光波长约500 nm,频率是多少?
500 nm = 5 × 10⁻⁷ m
f = (3 × 10⁸) / (5 × 10⁻⁷) = 6 × 10¹⁴ Hz
人眼对4×10¹⁴ Hz(红光)到8×10¹⁴ Hz(紫光)的频率有反应。
速度随介质变化
| Medium | Speed | Relative to c |
|---|---|---|
| Vacuum | 3.0 × 10⁸ m/s | 1.0 |
| Air | 3.0 × 10⁸ m/s | ≈1.0 |
| Water | 2.25 × 10⁸ m/s | 0.75 |
| Glass | 2.0 × 10⁸ m/s | 0.67 |
示例:声音
440 Hz 声波(音乐A音)在空气中(343 m/s)传播:
λ = 343 / 440 = 0.78 m = 78 cm
在水中(1,480 m/s):
λ = 1,480 / 440 = 3.36 m
应用
- 无线电传输: 不同频率需要不同尺寸的天线
- 光学: 镜头设计取决于波长
- 声学: 房间尺寸影响共振频率
- 天文学: 红移揭示远方天体的速度
提示
记住:波进入不同介质时频率不变,但波长会变化。频率越高,波长越短(反比关系)。