ความถี่และความยาวคลื่นเป็นสองคุณสมบัติพื้นฐานของคลื่น ความถี่ (วัดเป็น Hz) คือจำนวนครั้งที่คลื่นซ้ำในหนึ่งวินาที ความยาวคลื่นคือระยะห่างระหว่างยอดคลื่นที่ต่อเนื่องกัน ทั้งสองสัมพันธ์กันแบบผกผันผ่านความเร็วของคลื่นในตัวกลาง
สูตร
ความยาวคลื่น = ความเร็ว / ความถี่
λ = v / f
หรือ:
ความถี่ = ความเร็ว / ความยาวคลื่น
f = v / λ
สำหรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (แสง) ในสุญญากาศ: v = 3 × 10⁸ m/s
ตัวอย่าง: แสง
แสงสีเขียวที่มองเห็นได้มีความยาวคลื่น ~500 nm ความถี่คือเท่าไร?
500 nm = 5 × 10⁻⁷ m
f = (3 × 10⁸) / (5 × 10⁻⁷) = 6 × 10¹⁴ Hz
ดวงตามนุษย์ตอบสนองต่อความถี่ 4×10¹⁴ Hz (สีแดง) ถึง 8×10¹⁴ Hz (สีม่วง)
ความเร็วแปรตามตัวกลาง
| 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 |
ตัวอย่าง: เสียง
คลื่นเสียง 440 Hz (โน้ต A ทางดนตรี) เดินทางในอากาศด้วยความเร็ว 343 m/s:
λ = 343 / 440 = 0.78 m = 78 cm
ในน้ำ (1,480 m/s):
λ = 1,480 / 440 = 3.36 m
การประยุกต์ใช้
- การส่งสัญญาณวิทยุ: ความถี่ต่างกันต้องการขนาดเสาอากาศต่างกัน
- ทัศนศาสตร์: การออกแบบเลนส์ขึ้นกับความยาวคลื่น
- เสียงศาสตร์: ขนาดห้องส่งผลต่อความถี่เรโซแนนซ์
- ดาราศาสตร์: การเลื่อนไปทางแดงเปิดเผยความเร็วของวัตถุที่อยู่ห่างไกล
เคล็ดลับ
จำไว้ว่าความถี่ไม่เปลี่ยนเมื่อคลื่นเข้าสู่ตัวกลางอื่น — แต่ความยาวคลื่นเปลี่ยน ยิ่งความถี่สูง ความยาวคลื่นยิ่งสั้น (ความสัมพันธ์ผกผัน)