Что такое частота колебания волны в естествознании
Естествознание. 10 класс
Конспект урока
Естествознание, 10 класс
Урок 39. Свойства волн
Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:
Волна – распространение колебаний в пространстве
Длина волны – расстояние, пройденное волной за время равное периоду
Частота – число колебаний за единицу времени
Период – время одного полного колебания
Амплитуда – максимальное смещение от положения равновесия
Интерференция – наложение волн, за счет которого происходит взаимоусиление или взаимогашение их.
Дифракция – огибание волнами препятствий
Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц):
Открытые электронные ресурсы по теме урока (при наличии);
Теоретический материал для самостоятельного изучения
Каждый человек хоть раз в жизни кидал камешки в воду, не обращая внимания на круги, которые они оставляют. Так давайте с помощью этой «забавы» понаблюдаем за волнами и попытаемся разобраться в их природе и свойствах.
Наблюдая за волной от брошенного камня, можно сделать вывод, что форма волны изменяется по мере распространения волны, на большом расстоянии волна сглаживается и пропадает. Это свойство характерно для волн любой природы.
Рассматривая на прошлом уроке шкалу электромагнитных волн, мы говорили, что видимый свет это полихроматическая волна, которая включает в себя спектр цветов от красного к фиолетовому.
Сегодня мы рассмотрим монохроматические волны. И начнем с таких их характеристик, как период, частота, амплитуда и длина волны.
Период – это время одного полного колебания. Период колебаний вычисляется по формуле
;
Частота – число колебаний за единицу времени. Частота вычисляется по формуле
;
Амплитуда – максимальное смещение от положения равновесия.
Длина волны – расстояние, пройденное волной за время, равное периоду.
А теперь, рассмотрим свойства волн: интерференцию и дифракцию.
Интерференция – это явление взаимоусиления либо взаимогашения двух или более волн. Условием интерференции является когерентность и синфазность волн. То есть, у волн должна быть одинаковая длина волны и одинаковая во времени разность фаз.
Дифракция – это явление огибания волнами препятствий, которое происходит только тогда, когда препятствие меньше или равно длине волны. Длину световой волны можно определить с помощью дифракционной решетки.
Волны и частицы обладают некоторыми общими свойствами. Волна любой природы переносит энергию и импульс через пространство.
В заключении отметим, что энергией обладают любые волны. В последнее время, например, ведутся активные работы по использованию энергии морских волн для производства электроэнергии.
Установите последовательность по возрастанию длины волны электромагнитных волн:
Вставьте пропущенные слова, выбирая из списка правильные ответы:
Волна любой природы переносит __________ и ________ через пространство
частицы, импульс, поля, энергию.
Правильный вариант: импульс, энергию или энергию, импульс
Естествознание. 10 класс
Конспект урока
Естествознание, 10 класс
Урок 38. Движение как распространение волны
Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:
Волна – распространение колебаний в пространстве
Длина волны – расстояние, пройденное волной за время равное периоду
Частота – число колебаний за единицу времени
Период – время одного полного колебания
Шкала ЭМВ – непрерывная последовательность частот и длин электромагнитных излучений
Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц):
Теоретический материал для самостоятельного изучения
В естествознании волной называют все совокупное движение в различных областях пространства. А то, что волны движутся, можно увидеть в танце гимнастки с лентой, по которой «бежит» волна. Понятно, что частицы ленты не перемещаются совместно с волной.
Из курса физики известно, что волна – это процесс распространения колебаний частиц. А к примеру, в электромагнитной волне, колеблются не частицы, а поля. При этом поле не перемещается в пространстве, а просто исчезает в одной точке и возникает в другой. Так, можно сделать вывод, что волна – это процесс распространения колебаний в различных системах.
В жизни повсеместно встречаемся с разными волнами:
Остановимся на звуковых волнах.
Звук представляет собой распространяющиеся колебания давления воздуха. Эти колебания, доходя до барабанной перепонки уха, вызывают ощущение звука, но установить, что это именно колебания, можно, лишь используя специальные приборы. Важно отметить, что звук может распространяться только в среде и не возможен в вакууме. Можно провести опыт:
Под колбу насоса Комовского помещаем звонящий электрический звонок. По мере откачивания воздуха звук становится все тише и тише и потом вообще исчезает. Однако молоточек создающий звук продолжает совершать своё действие, а звук при этом не распространяется. Это означает, что пока под колоколом был воздух, то есть среда была упругой звуковые волны в ней распространялись. Как только при низких давлениях среда потеряла упругие свойства звук прекратился. Общее название таких волн – упругие.
Волны могут иметь разную природу:
Самыми распространенными в природе являются электромагнитные волны. Непрерывная последовательность частот и длин электромагнитных излучений образует шкалу электромагнитных волн. Рассмотрим волны различных диапазонов.
Радиоволны – самые длинные ЭМВ, служащие для передачи сигналов (информации) на расстоянии без проводов.
Радиоволны излучаются через антенну в пространство и распространяются в виде энергии электромагнитного поля. И хотя природа радиоволн одинакова, их способность к распространению сильно зависит от длины волны.
Инфракрасное излучение – недоступно невооруженному взору, но ощущаемо кожей как тепло. ИК-излучение еще принято называть тепловым.
Действие инфракрасного излучения благотворно для живых организмов на Земле и играет важную роль в развитии жизни. Все живое находится под влиянием инфракрасного света.
Видимый свет – электромагнитные волны, воспринимаемые человеческим глазом. Видимый свет горячих объектов, таких как звезды, может быть использован для оценки их температуры. Например, температура поверхности Солнца составляет примерно 58000 по Кельвину.
Видимый свет полихроматический и его можно разложить на спектр от красного до фиолетового
Естественным и основным источником ультрафиолета на Земле является Солнце. По сути, именно от этого излучения мы спасаемся солнцезащитными кремами. При этом дальний ультрафиолет полностью поглощается атмосферой Земли, а УФ-А как раз доходит до поверхности, вызывая приятный загар. А в среднем 10% УФ-Б провоцируют те самые солнечные ожоги, а также могут приводить к образованию мутаций и кожных заболеваний.
В естественных условиях поток лучей рентгена встречается редко и излучается только некоторыми радиоактивными изотопами.
Гамма излучение представляет собой поток фотонов, имеющих высокую энергию (гамма-квантов). Условно считается, что энергии квантов гамма-излучения превышают 105 эВ, излучение
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго.
Анализ возраста ископаемых останков (метод радиоуглеродного анализа)
Нагревательные приборы, приборы ночного видения, передача сигналов на расстояние прямой видимости (пульты дистанционного управления различных приборов)
Связь, радиовещание и телевидение, радиолокация, нагревательные приборы (микроволновые печи)
Правильный вариант/варианты (или правильные комбинации вариантов):
Связь, радиовещание и телевидение, радиолокация, нагревательные приборы (микроволновые печи)
Нагревательные приборы, приборы ночного видения, передача сигналов на расстояние прямой видимости (пульты дистанционного управления различных приборов)
Анализ возраста ископаемых останков (метод радиоуглеродного анализа)
Соединяя овалы с прямоугольниками, решите ребус-соответствие:
Правильный вариант: надписи в соединённых фигурах должны составить следующие фразы:
ЧАСТОТА ВОЛНЫ
Смотреть что такое «ЧАСТОТА ВОЛНЫ» в других словарях:
частота волны — bangos dažnis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Tam tikros bangos dažnis. atitikmenys: angl. wave frequency vok. Wellenfrequenz, f rus. частота волны, f pranc. fréquence d’une onde, f … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
частота волны — bangos dažnis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. wave frequency vok. Wellenfrequenz, f rus. частота волны, f pranc. fréquence d’onde, f … Fizikos terminų žodynas
ВОЛНЫ ЧАСТОТА — ВОЛНЫ ЧАСТОТА, см. ЧАСТОТА волны … Научно-технический энциклопедический словарь
Волны — Волна изменение состояния среды (возмущение), распространяющееся в этой среде и переносящее с собой энергию. Другими словами: «…волнами или волной называют изменяющееся со временем пространственное чередование максимумов и минимумов любой… … Википедия
ЧАСТОТА — ЧАСТОТА, показатель, выражающий собой число повторений или возникновения событий (процессов). В статистике частота это цифра, показывающая, сколько раз за какой то период происходило некоторое событие, проявлялось определенное свойство объекта… … Научно-технический энциклопедический словарь
Волны де Бройля — волны, связанные с любой движущейся микрочастицей, отражающие их квантовую природу. Впервые квантовые свойства были обнаружены у электромагнитного поля. После исследования М. Планком законов теплового излучения (См. Тепловое… … Большая советская энциклопедия
ЧАСТОТА — (Frequency) число периодов в одну секунду. Частота величина, обратная периоду колебаний; напр. если частота переменного тока f = 50 колебаниям в сек. (50 Н), то период Т = 1/50 сек. Частота измеряется в герцах. При характеристике излучения… … Морской словарь
ВОЛНЫ ДЕ БРОЙЛЯ — волны, связанные с любой микрочастицей и отражающие их квант. природу. В 1924 франц. физик Л. де Бройль (L. de Broglie) высказал гипотезу о том, что установленный ранее для фотонов корпускулярно волновой дуализм (заключающийся в том, что фотоны… … Физическая энциклопедия
Естествознание. 10 класс
Конспект урока
Естествознание, 10 класс
Урок 38. Движение как распространение волны
Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:
Волна – распространение колебаний в пространстве
Длина волны – расстояние, пройденное волной за время равное периоду
Частота – число колебаний за единицу времени
Период – время одного полного колебания
Шкала ЭМВ – непрерывная последовательность частот и длин электромагнитных излучений
Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц):
Теоретический материал для самостоятельного изучения
В естествознании волной называют все совокупное движение в различных областях пространства. А то, что волны движутся, можно увидеть в танце гимнастки с лентой, по которой «бежит» волна. Понятно, что частицы ленты не перемещаются совместно с волной.
Из курса физики известно, что волна – это процесс распространения колебаний частиц. А к примеру, в электромагнитной волне, колеблются не частицы, а поля. При этом поле не перемещается в пространстве, а просто исчезает в одной точке и возникает в другой. Так, можно сделать вывод, что волна – это процесс распространения колебаний в различных системах.
В жизни повсеместно встречаемся с разными волнами:
Остановимся на звуковых волнах.
Звук представляет собой распространяющиеся колебания давления воздуха. Эти колебания, доходя до барабанной перепонки уха, вызывают ощущение звука, но установить, что это именно колебания, можно, лишь используя специальные приборы. Важно отметить, что звук может распространяться только в среде и не возможен в вакууме. Можно провести опыт:
Под колбу насоса Комовского помещаем звонящий электрический звонок. По мере откачивания воздуха звук становится все тише и тише и потом вообще исчезает. Однако молоточек создающий звук продолжает совершать своё действие, а звук при этом не распространяется. Это означает, что пока под колоколом был воздух, то есть среда была упругой звуковые волны в ней распространялись. Как только при низких давлениях среда потеряла упругие свойства звук прекратился. Общее название таких волн – упругие.
Волны могут иметь разную природу:
Самыми распространенными в природе являются электромагнитные волны. Непрерывная последовательность частот и длин электромагнитных излучений образует шкалу электромагнитных волн. Рассмотрим волны различных диапазонов.
Радиоволны – самые длинные ЭМВ, служащие для передачи сигналов (информации) на расстоянии без проводов.
Радиоволны излучаются через антенну в пространство и распространяются в виде энергии электромагнитного поля. И хотя природа радиоволн одинакова, их способность к распространению сильно зависит от длины волны.
Инфракрасное излучение – недоступно невооруженному взору, но ощущаемо кожей как тепло. ИК-излучение еще принято называть тепловым.
Действие инфракрасного излучения благотворно для живых организмов на Земле и играет важную роль в развитии жизни. Все живое находится под влиянием инфракрасного света.
Видимый свет – электромагнитные волны, воспринимаемые человеческим глазом. Видимый свет горячих объектов, таких как звезды, может быть использован для оценки их температуры. Например, температура поверхности Солнца составляет примерно 58000 по Кельвину.
Видимый свет полихроматический и его можно разложить на спектр от красного до фиолетового
Естественным и основным источником ультрафиолета на Земле является Солнце. По сути, именно от этого излучения мы спасаемся солнцезащитными кремами. При этом дальний ультрафиолет полностью поглощается атмосферой Земли, а УФ-А как раз доходит до поверхности, вызывая приятный загар. А в среднем 10% УФ-Б провоцируют те самые солнечные ожоги, а также могут приводить к образованию мутаций и кожных заболеваний.
В естественных условиях поток лучей рентгена встречается редко и излучается только некоторыми радиоактивными изотопами.
Гамма излучение представляет собой поток фотонов, имеющих высокую энергию (гамма-квантов). Условно считается, что энергии квантов гамма-излучения превышают 105 эВ, излучение
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго.
Анализ возраста ископаемых останков (метод радиоуглеродного анализа)
Нагревательные приборы, приборы ночного видения, передача сигналов на расстояние прямой видимости (пульты дистанционного управления различных приборов)
Связь, радиовещание и телевидение, радиолокация, нагревательные приборы (микроволновые печи)
Правильный вариант/варианты (или правильные комбинации вариантов):
Связь, радиовещание и телевидение, радиолокация, нагревательные приборы (микроволновые печи)
Нагревательные приборы, приборы ночного видения, передача сигналов на расстояние прямой видимости (пульты дистанционного управления различных приборов)
Анализ возраста ископаемых останков (метод радиоуглеродного анализа)
Соединяя овалы с прямоугольниками, решите ребус-соответствие:
Правильный вариант: надписи в соединённых фигурах должны составить следующие фразы:
Электромагнитные волны
Волны: что это и какими бывают
Давайте сначала разберемся, что такое волна.
Волна — это распространение колебания в пространстве.
Волны бывают механическими и электромагнитными.
Главные герои этой статьи — электромагнитные волны. Немного удовлетворим ваше любопытство и скажем, что это те волны, которые мы потрогать не можем. Но все остальное чуть позже. Главное — терпение.
Механические волны — это те волны, колебания которых можно почувствовать физически, потому что они распространяются в упругой среде.
Представьте, что вы стоите на железнодорожных путях. Нет, вы не Анна Каренина, вы — экспериментатор.
Если к вам приближается поезд, вы рано или поздно его услышите. Вернее, услышите, как только звуковая волна со скоростью 𝑣 = 330 м/с достигнет ваших ушей.
Если приложить ухо к рельсу, то это произойдет значительно быстрее, потому что скорость звука в твердом теле больше, чем в воздухе. Кстати, под водой скорость звука больше, чем в воздухе, но меньше, чем в твердых телах.
Если вы когда-нибудь трогали музыкальную колонку, то знаете, что звук чувствуется и на ощупь.
Волны также принято делить на продольные и поперечные:
Продольные — это те волны, у которых колебание происходит вдоль направления распространения волны.
Поперечные — волны, у которых колебание происходит поперек направления распространения волны.
Морская волна — продольная или поперечная?
На самом деле в ней есть и продольная, и поперечная составляющие, поэтому ее нельзя отнести к конкретному типу.
Электромагнитные волны
Увы, мы не можем потрогать руками электромагнитные волны. Осталось разобраться, как это так: волна есть, а возможности пощупать ее — нет.
Электромагнитная волна появляется благодаря электромагнитному полю.
Вот есть электрическое поле — его создает любой электрический заряд. Есть магнитное поле — оно возникает из-за движущегося заряда (кстати, подробно про магнитное поле можно почитать в нашей статье). А их взаимодействие — это электромагнитное поле.
Если совсем честно, то электрическое и магнитное поле не могут существовать в отдельности, потому что частицы всегда есть электрическое поле и она всегда худо-бедно да движется. Рассмотрение в отдельности электрических и магнитных полей может быть только в теоретической физике. В реальных инженерных задачах рассматривается обязательно электромагнитное поле.
Электромагнитная волна — это распространение электромагнитного поля. А если конкретнее, то электрическое поле колеблется, магнитное поле колеблется, эти колебания распространяются, и получается электромагнитная волна.
К электромагнитным волнам относятся радио, Wi-Fi и даже свет.
Разве свет не из частиц состоит?
Ничего от вас не скроешь. Дело в том, что свет — это как Гермиона с маховиком времени в двух местах сразу — одновременно и частица и волна.
Можете перечитать фразу выше, чтобы с ней смириться. Это не шутка. Экспериментально давно обнаружено, что свет в одних экспериментах ведет себя, как частица, а в других, как волна.
Все это безумство называется корпускулярно-волновым дуализмом. И это работает не только со светом, но и с другими волнами. В общем, у физики тоже бывает раздвоение личности.
Характеристики электромагнитной волны
Чтобы изучать любое явление, его нужно как-то охарактеризовать.
Длина волны
Это самая важная характеристика для волны. Ей называется расстояние между двумя точками этой волны, колеблющихся в одной фазе. Если проще, то это расстояние между двумя «гребнями».
Обозначается эта величина буквой λ и измеряется в метрах.
Еще длиной волны можно назвать расстояние, пройденное волной, за один период колебания.
Период
Период — это время, за которое происходит одно колебание. То есть, если дано время распространения волны и количество колебаний, можно рассчитать период.
Формула периода колебания волны
T = t/N
N — количество колебаний [-]
Для электромагнитных волн есть целая шкала длин волн. Она показывает длину волны и частоту для разных типов электромагнитных волн.
Частота
Частота — это величина, обратно пропорциональная периоду. Она определяет, сколько колебаний в единицу времени совершила волна.
Формула частоты колебания волны
υ = N/t = 1/T
N — количество колебаний [-]
Скорость
Также важной характеристикой распространения волны является ее скорость.
Чтобы вывести формулу скорости через длину волны, нужно вспомнить формулу скорости из кинематики — это раздел физики, в котором изучают движение тел без учета внешнего воздействия.
Формула скорости
𝑣 = S/t
Переходя к волнам, можно провести следующие аналогии:
А для скорости даже аналогия не нужна — скорость и Африке скорость.
Формула скорости волны
𝑣 = λ/T
Для электромагнитной волны скорость равна скорости света — 𝑣 = 3*10^8 м/с. Поэтому формулу скорости чаще всего используют для нахождения из нее длины волны или периода.
Задачка
Определить цвет освещения, проходящий расстояние, в 1000 раз больше его длины волны за 2 пс.
Решение:
Для начала переведем 2 пикасекунды в секунды — это 2*10^-12 с.
Теперь возьмем формулу скорости
По условию S = 1000λ
Выражаем длину волны
Подставляем значения скорости света и известного нам времени:
λ = 3*108* 2*10-121000 =600 нм
И соотносим со шкалой видимого света
Из шкалы видно, что длине волны в 600 нм соответствует оранжевый цвет излучения.
Ответ: цвет освещения при заданных условиях будет оранжевым.
Рубрика «Разрушаем мифы»
А теперь давайте немного о распространенных заблуждениях. Присаживайтесь поудобнее — этот разговор, к сожалению, не на пару минут.
Миф 1. Вышки 5G вредны для нашего здоровья
Одна из теорий против 5G гласит, что новый тип связи может стать причиной раковых заболеваний. Справедливости ради — такие же обвинения не раз поступали в адрес 2G, 3G, 4G и более ранних поколений беспроводных сетей.
Стандарт 5G может использовать разные частотные диапазоны. Как правило, это низкий диапазон 600 МГц, а также средние частоты 2,5 ГГц, 3,5 ГГц и 3,7–4,2 ГГц.
В России «Государственная комиссия по радиочастотам» (ГКРЧ) рекомендует для выделения и использования под 5G частотный диапазон 27,1-27,5 ГГц. Американским операторам также скоро будут доступны диапазоны 37 ГГц, 39 ГГц и 47 ГГц.
Диапазон от 30 ГГц (миллиметровые волны) относится к так называемому спектру крайне высоких частот — и именно он вызывает большинство опасений по поводу вреда 5G для здоровья человека. Все еще недостаточно исследований, которые изучают влияние высоких частот на организм.
К опасному излучению относятся волны, распространяемые на частотах от 30 ПГц (петагерц) — утрафиолетовые, рентгеновские и гамма-лучи. Они могут влиять на атомную структуру клеток и разрывать химические связи в ДНК. Именно поэтому, например, врачи советуют избегать долгого пребывания на солнце.
Миф 2. Шапочки из фольги защищают от вредного излучения
Кстати, они наоборот любую электромагнитную волну усиливают. Это доказали студенты из MIT (Массачусетский технологический институт), которые исследовали это опытным путем.
Ребята установили антенну в четырех частях от головы добровольцев: на лбу, затылке, висках и в районе мозга. И сравнивали показатели радиосигнала в шапочке для фольги и без нее. Оказалось, что сигнал не ослабляется, а усиливается. Так что шапочка вас не спасет от вредного излучения, а наоборот — только усилит сигнал.
Миф 3. Микроволновки убивают еду, и она становится неживой
Электромагнитный фон возле СВЧ-печей выше больше, чем природный более, чем в миллион раз, но вреда человеку не наносит. Санитарные требования к этим приборам очень жёсткие, поэтому опасности микроволновка не представляет. Например, благодаря системе блокировки дверцы генерация микроволнового излучения прекращается, когда дверца открыта. Также в микроволновке обязательно должна быть система защиты от утечки излучения. Гораздо опаснее электромагнитные излучения от солнца или солярия, потому что там есть ультрафиолет, который легко повреждает клетки кожи человека.
Продукты становятся теплее за счёт нагревания в них воды. И когда мы их греем, могут образовываться радикалы — но это происходит при любом способе теплового воздействия. Например, при жарке могут образовываться ещё и канцерогены.
Наш организм способен бороться с небольшим количеством «вредных» радикалов благодаря иммунитету. При нагревании пищи образуется то количество радикалов, с которым организм способен бороться, поэтому ничего страшного ни в микроволновке, ни в кастрюле, в которой вы греете суп, нет.