Візуалізатор хвиль / частот

Що таке калькулятор хвиль?

Хвилі — це збурення, що переносять енергію через середовище (або через простір — у разі електромагнітних хвиль). Три фундаментальні характеристики хвилі: частота (f, у герцах), довжина хвилі (λ, у метрах) і швидкість хвилі (v, у метрах за секунду). Вони пов'язані рівнянням: v = f × λ. Знаючи будь-які дві, можна обчислити третю.

Це співвідношення застосовується до всіх типів хвиль: звукових, світлових, водяних, радіохвиль і сейсмічних хвиль. Швидкість хвилі залежить від середовища — звук поширюється зі швидкістю приблизно 343 м/с у повітрі, але 1 480 м/с у воді. Світло поширюється зі швидкістю приблизно 300 000 000 м/с у вакуумі.

Характеристики хвиль

• Частота: кількість повних коливань, що проходять через точку за секунду. Вимірюється в герцах (Гц). Діапазон чутності людини: 20 Гц – 20 000 Гц.
• Довжина хвилі: відстань між двома послідовними однаковими точками хвилі (наприклад, від гребеня до гребеня). Варіюється від пікометрів (гамма-промені) до кілометрів (радіохвилі).
• Амплітуда: максимальне відхилення від положення рівноваги. Визначає енергію та інтенсивність хвилі (гучність для звуку, яскравість для світла).
• Период: час одного повного коливання. T = 1/f. Звукова хвиля 440 Гц (концертна нота ля) має period приблизно 2,27 мілісекунди.

Як користуватися цим інструментом

Введіть будь-які два з трьох параметрів: частоту, довжину хвилі та швидкість хвилі. Калькулятор знайде третій і також покаже period. Для електромагнітних хвиль швидкість за замовчуванням дорівнює швидкості світла. Для звукових хвиль оберіть середовище (повітря, вода, сталь) для відповідної швидкості.

Електромагнітний спектр

Електромагнітні хвилі охоплюють величезний діапазон частот: радіохвилі (нижче 300 ГГц), мікрохвилі (300 МГц – 300 ГГц), інфрачервоне випромінювання (300 ГГц – 400 ТГц), видиме світло (400–790 ТГц), ультрафіолетове (790 ТГц – 30 ПГц), рентгенівське (30 ПГц – 30 ЕГц) і гамма-промені (понад 30 ЕГц). Усі поширюються зі швидкістю світла у вакуумі, але мають різні довжини хвиль і властивості.

Часті запитання

Чому звук поширюється швидше у воді, ніж у повітрі?

Звук — це механічна хвиля, що поширюється завдяки тому, що частинки штовхають сусідні частинки. Молекули води значно ближчі одна до одної і більш міцно пов'язані, ніж молекули повітря, тому поштовх передається швидше. Загалом звук поширюється найшвидше в твердих тілах (сталь: 5 960 м/с), повільніше в рідинах (вода: 1 480 м/с) і найповільніше в газах (повітря: 343 м/с).

Що таке ефект Доплера?

Ефект Доплера — це зміна спостережуваної частоти при відносному русі джерела та спостерігача. Сирена машини швидкої допомоги, що наближається, звучить вище (стиснена довжина хвилі, вища частота), а та, що віддаляється, — нижче (розтягнута довжина хвилі, нижча частота). Той самий ефект стосується і світла — об'єкти, що наближаються, зміщені у блакитний бік спектра, а ті, що віддаляються, — у червоний.