Tần số và bước sóng là hai thuộc tính cơ bản của sóng. Tần số (đo bằng Hz) là số lần sóng lặp lại trong mỗi giây. Bước sóng là khoảng cách vật lý giữa các đỉnh sóng liên tiếp. Chúng tỉ lệ nghịch với nhau qua tốc độ sóng trong môi trường.
Công thức
Bước sóng = Tốc độ / Tần số
λ = v / f
Hoặc:
Tần số = Tốc độ / Bước sóng
f = v / λ
Đối với sóng điện từ (ánh sáng) trong chân không: v = 3 × 10⁸ m/s.
Ví dụ: Ánh sáng
Ánh sáng xanh lá cây có bước sóng ~500 nm. Tần số là bao nhiêu?
500 nm = 5 × 10⁻⁷ m
f = (3 × 10⁸) / (5 × 10⁻⁷) = 6 × 10¹⁴ Hz
Mắt người phản ứng với tần số từ 4×10¹⁴ Hz (đỏ) đến 8×10¹⁴ Hz (tím).
Tốc độ thay đổi theo môi trường
| 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 |
Ví dụ: Âm thanh
Sóng âm 440 Hz (nốt nhạc La) truyền trong không khí ở 343 m/s:
λ = 343 / 440 = 0,78 m = 78 cm
Trong nước (1.480 m/s):
λ = 1.480 / 440 = 3,36 m
Ứng dụng
- Phát sóng radio: tần số khác nhau cần kích thước ăng-ten khác nhau
- Quang học: thiết kế thấu kính phụ thuộc vào bước sóng
- Âm học: kích thước phòng ảnh hưởng đến tần số cộng hưởng
- Thiên văn học: dịch chuyển đỏ tiết lộ vận tốc của các thiên thể xa
Mẹo
Hãy nhớ rằng tần số không thay đổi khi sóng đi vào môi trường khác — nhưng bước sóng thì thay đổi. Tần số càng cao thì bước sóng càng ngắn (tỉ lệ nghịch).