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. Les relation amoureuse 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 ci-dessous.

Quelle est la longueur d'onde

Nous avons discuté de la signification de la longueur d'onde lorsque nous discutions de la différence entre la longueur d'onde et la période. Récapituler; chaque point d'une onde oscille. C'est-à-dire que chaque point d'une vague montre une sorte de changement régulier et répétitif d'une certaine valeur. Par exemple, si vous créez une vague en remuant une corde de haut en bas, alors les molécules qui composent la corde se déplacent à plusieurs reprises de haut en bas. 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 juste une courte impulsion, alors à tout moment, il peut y avoir plusieurs points sur une onde qui sont au même stade d'oscillation. Par exemple, deux points sur l'onde qui atteignent leur valeur maximale d'oscillation simultanément oscillent à l'unisson. De tels points, qui sont toujours au même stade d'oscillation, sont dits 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. Souvent, nous utilisons la lettre grecque lambda (

) pour représenter la longueur d'onde d'une onde:

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

Notez que j'ai appelé longueur d'onde la distance la plus courte: c'est une simple technicité car il y a 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 le chemin le plus court mais, dans ce cas, la distance la plus courte est implicite dans la définition.

Qu'est-ce que 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 "do moyen" est une onde sonore avec 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 du milieu D qui a une hauteur plus élevée que le milieu C a une fréquence de 293,66 Hz. Les humains peuvent entendre des sons avec des fréquences comprises entre environ 20 et 20 000 Hz. Les sons dont les fréquences sont inférieures à la plage audible sont appelés infrasons et les sons avec des fréquences au-dessus de la gamme auditive humaine sont appelés ultrason.

Quelle est la relation entre la longueur d'onde et la fréquence

Vous pouvez créer une onde avec une fréquence plus élevée sur une corde en vous tortillant de haut en bas à un rythme plus rapide. 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 quelle est cette relation.

Période (

) est une autre quantité que nous pouvons utiliser pour caractériser une onde. 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 vague subit une oscillation complète pendant une période, tous les points de la vague reviennent aux mêmes valeurs après une période. Cela se produit à la suite de chaque «étape d'oscillation» parcourant une distance d'une longueur d'onde pendant une période pour se retrouver 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 que sa crête précédente occupait une période auparavant, et ainsi de suite.

Les la vitesse de la vague (

) est la distance parcourue par l'onde par unité de temps. Considérant que l'onde parcourt une distance d'une longueur d'onde pendant une période,

Nous savons que

. On peut donc écrire l'équation ci-dessus sous la forme:

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 voyageant dans le vide ont une vitesse de 3×10⁸ Mme^-1. Cette vitesse est une constante fondamentale en physique, et elle est notée par la lettre

. Ainsi, cette équation s'écrit parfois sous la forme

pour les déplacements électromagnétiques dans le vide.

Cette équation est très utile. Par exemple, nous savons que les ondes électromagnétiques peuvent ralentir lorsqu'elles passent de l'air au verre. La fréquence de l'onde est déterminée par la perturbation d'origine qui a provoqué l'onde, de sorte que la fréquence ne change pas lorsque l'onde passe d'un milieu à un autre. Depuis

, cela signifie que pour maintenir la même fréquence alors 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 changent lorsqu'elle se déplace d'un milieu à un autre.

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

Image de courtoisie

"Vague dans une corde." par CK-12 Foundation (Fichier: High School Chemistry.pdf, page 178) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons (Modifié)