طول موج چیست؟ (مبانی فیزیک)
طول موج (Wavelength) که با حرف یونانی لاندا ($\lambda$) نمایش داده میشود، فاصله بین دو قله (Peak) متوالی یا دو دره متوالی از یک موج است. به زبان ساده، طول موج مسافتی است که موج در طول یک دوره تناوب طی میکند. این مفهوم در شناخت ماهیت نور (رنگها)، امواج رادیویی (وایفای و موبایل) و امواج صوتی نقش اساسی دارد. هرچه طول موج کوتاهتر باشد، فرکانس بالاتر و انرژی موج بیشتر است.
فرمول محاسبه طول موج
رابطه بنیادی امواج که سرعت، فرکانس و طول موج را به هم متصل میکند به صورت زیر است:
λ = v / f- λ= طول موج (Meters)
- v= سرعت انتشار (m/s)
- f= فرکانس (Hertz)
مثالهای کاربردی و واقعی
۱. امواج رادیویی FM
رادیو پیام (فرکانس ۱۰۴ مگاهرتز) را در نظر بگیرید. سرعت امواج رادیویی برابر سرعت نور است ($3 \times 10^8$). طول موج آن حدود2.88متر میشود. به همین دلیل آنتن ماشینها حدود ۱ متر است (یک چهارم موج).
۲. وایفای خانگی
وایفای فرکانس ۲.۴ گیگاهرتز ($2.4 \times 10^9$) دارد. با تقسیم سرعت نور بر این عدد، طول موجی حدود12.5 cmبه دست میآید. این طول موج کوتاه باعث میشود دیوارها مانع بزرگی برای وایفای باشند.
۳. صدای انسان
سرعت صوت در هوا ۳۴۳ متر بر ثانیه است. صدای بم مردانه با فرکانس ۱۰۰ هرتز، طول موجی معادل3.43متر دارد که بسیار بزرگتر از امواج نورانی است.
خطاهای رایج محاسباتی
- عدم تطابق واحد سرعت: سرعت صوت ($343$) با سرعت نور ($300,000,000$) بسیار متفاوت است. دقت کنید موج شما مکانیکی است یا الکترومغناطیسی.
- تبدیل واحد فرکانس: اکثر مسائل فرکانس را به کیلوهرتز ($kHz$) یا مگاهرتز ($MHz$) میدهند. حتماً آنها را به هرتز ($Hz$) تبدیل کنید.
- طیف مرئی: طول موج نور مرئی بسیار کوچک است (بین ۴۰۰ تا ۷۰۰ نانومتر). اگر برای نور قرمز عدد چند متری بدست آوردید، اشتباه کردهاید.
- محیط انتشار: سرعت نور در شیشه یا آب کمتر از خلاء است. فرمول $\lambda=v/f$ به سرعت در محیط خاص ($v$) نیاز دارد، نه همیشه $c$.