Relation entre longueur d'onde et fréquence

Longueur d'onde et fréquence - relation 

Les vagues peuvent être décrites en utilisant un certain nombre de caractéristiques différentes d’une vague. La longueur d'onde et la fréquence sont deux de ces caractéristiques. le relation entre la longueur d'onde et la fréquence est que la fréquence d'une onde multipliée par sa longueur d'onde donne la vitesse de l'onde, comme nous le verrons plus bas.

Quelle est la longueur d'onde

Nous avons discuté de la signification de la longueur d'onde lorsque nous discutions de la différence entre longueur d'onde et période. Récapituler; chaque point d'une onde oscille. Autrement dit, chaque point d’une vague montre une sorte de changement régulier et répétitif d’une certaine valeur. Par exemple, si vous créez une onde en agitant une corde, les molécules qui la composent se déplacent de manière répétée. Si vous prenez une onde électromagnétique, la valeur des champs électriques et magnétiques dus à l’onde en un point change constamment. Si l’onde en question n’est pas une simple impulsion, il peut y avoir à tout moment plusieurs points sur une onde qui sont au même stade d’oscillation. Par exemple, deux points de la vague qui atteignent leur valeur maximale en oscillation oscillent simultanément. On dit que ces points, qui sont toujours au même stade d’oscillation, sont en phase avec l'un l'autre. La longueur d'onde est la distance entre les deux points les plus proches qui sont en phase l'un avec l'autre le long d'une onde. Ainsi, deux pics adjacents ou deux creux adjacents sur une onde sont séparés par une distance d'une longueur d'onde. Nous utilisons souvent la lettre grecque lambda () pour représenter la longueur d'onde d'une onde:

Longueur d'onde d'une onde créée en agitant une corde de haut en bas

Notez que je me suis référé à longueur d'onde comme le le plus court distance: il s’agit là d’une simple technicité car il existe une infinité de chemins que l’on peut emprunter pour se déplacer d’un point à un autre. Certaines définitions de longueur d'onde peuvent ne pas mentionner spécifiquement la le plus court chemin mais, dans ce cas, la distance la plus courte est implicite dans la définition.

Quelle est la fréquence

La fréquence () est le nombre d'oscillations complètes qu'une onde subit par unité de temps. Il est mesuré en unités de hertz (Hz). Pour les ondes sonores, la fréquence est liée à la hauteur du son. Plus la fréquence est élevée, plus la hauteur est élevée. Par exemple, la note «C moyen» est une onde sonore d’une fréquence de 261,63 Hz. Cela signifie que pour produire cette note, les molécules créant ou transmettant l'onde sonore doivent osciller 261,63 fois par seconde. La note médiane D qui a une hauteur plus élevée que le do médian a une fréquence de 293,66 Hz. Les humains peuvent entendre des sons dont la fréquence est comprise entre 20 et 20 000 Hz environ. Les sons dont les fréquences sont inférieures à la plage audible sont appelés infrason et les sons dont les fréquences sont supérieures à la gamme de l'audition humaine sont appelés ultrason.

Quelle est la relation entre longueur d'onde et fréquence

Vous pouvez créer une onde avec une fréquence plus élevée sur une corde en vous agitant de haut en bas plus rapidement. En faisant cela, vous remarquerez que la longueur d'onde de l'onde devient plus courte. De toute évidence, il existe une relation entre la longueur d’onde et la fréquence et nous allons maintenant essayer de savoir exactement en quoi consiste cette relation..

Période () est une autre quantité que nous pouvons utiliser pour caractériser une vague. La période est le temps pris pour une oscillation complète. Puisque la fréquence mesure le nombre de fois qu'une onde oscille par unité de temps, il s'ensuit que

Puisqu'une onde subit une oscillation complète au cours d'une période, tous les points de l'onde retrouvent les mêmes valeurs après une période. Cela se produit lorsque chaque "phase d'oscillation" parcourt une distance d'une longueur d'onde au cours d'une période pour aboutir à un point qui était au même stade d'oscillation une période plus tôt. En d’autres termes, pendant une période, une crête se déplace jusqu’à la position où elle occupait la crête précédente, et ainsi de suite..

le la vitesse de la vague () est la distance parcourue par l’onde par unité de temps. Considérant que l'onde se déplace sur une distance d'une longueur d'onde pendant une période,

Nous savons que . Nous pouvons donc écrire l'équation ci-dessus comme suit:

C'est-à-dire que la vitesse d'une onde est égale à sa fréquence multipliée par la longueur d'onde. C'est la relation entre la longueur d'onde et la fréquence.

Les ondes électromagnétiques se propageant dans le vide ont une vitesse de 3 × 10⁸ Mme^-1. Cette vitesse est une constante fondamentale en physique, elle est désignée par la lettre . Donc, cette équation est parfois écrite comme  pour voyager électromagnétique dans le vide.

Cette équation est très utile. Par exemple, nous savons que les ondes électromagnétiques peuvent ralentir lorsqu'elles se déplacent de l'air au verre. le la fréquence de la vague est déterminée par la perturbation d'origine qui a provoqué la vague, de sorte que la fréquence ne change pas lorsque la vague passe d'un milieu à un autre. Puisque , cela signifie que pour maintenir la même fréquence pendant que la vitesse diminue, la longueur d'onde de l'onde doit également être réduite.

La vitesse et la longueur d'onde d'une onde change lorsqu'elle passe d'un milieu à un autre.

Ceci est expliqué avec une animation dans la vidéo ci-dessous:

Courtoisie d'image

“Wave in a rope.” De CK-12 Foundation (Fichier: High School Chemistry.pdf, page 178) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons (Modifié)