A fény is rezgés, vagyis hullámmozgás. Úgy lehet elképzelni, hogy miközben a fény nagy sebességgel (fénysebességgel) halad előre, fel-le is mozog. (Valójában nem pont így történik, de nem baj). Ettől valami ilyesmi lenne a térben az alakja:
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2c/Wave-hu.png
Egy rezgés (egy periódus) az a képen, ami mondjuk elindul a képen a bal szélen, felmegy aztán lemegy a negatív oldalon, majd újra fel középre (ugyanarra a magasságra, ahonnan elindult). Ez tehát egy
periódus. Azért nevezzük annak,. mert ezek után ez ismétlődik újra és újra (periódikusan).
Persze nem kell feltétlenül a nulláról indulnia a periódusnak. Lehet úgy is tekinteni, hogy ott indul a periódus, amikor a legmagasabban van a hullám, aztán ott ér véget, amikor megint feljut ugyanolyan magasra. (Ezt jelzi az ábrán az a szakasz, amit a λ lambdával jelölt nyíl fog át.) Ez is egy periódus, ugyanez ismétlődik újra és újra.
Az
1 Hz frekvencia azt jelenti, hogy másodpercenként pontosan egy periódus lesz. Ha 3,75·10¹⁴ Hz a frekvencia, akkor minden másodpercben ilyen baromi sok rezgés történik, ennyi periódus zajlik le (375 milliószor millió, vagy máshogy mondva 375 billió, de olyat nem nagyon szoktunk mondani).
A szemünk illetve agyunk olyan fura szerzemény, hogy a különböző frekvenciájú fényeket más-más színűnek látja. A vörös nagyjából 4·10¹⁴ Hz, a narancssárga nagyjából 5·10¹⁴ Hz, a zöl 6·10¹⁴, a kék meg 7·10¹⁴. A legkisebb frekvencia, amit látunk, az pont ez a 3,75·10¹⁴ Hz-es vörös fény, a legnagyobb meg 7,5·10¹⁴ Hz-es ibolya. Vannak persze más frekvenciák is, de azt mi nem látjuk. Kígyók érzékelik az infravöröst is, rovarok pedig az ultraibolyát.
A
Hz mértékegység egyébként máshogy írva
1s, hisz azt jelenti, hogy másodpercenként mennyi rezgés történik.
A kérdések: (közben még tovább magyarázom az egyes fogalmakat)
a) mennyi a priódus?
Ezt így nem szoktuk mondani, gondolom az a kérdés, hogy mennyi a
periódusidő. Vagyis mennyi idő telik el egy periódus alatt.
Egy másodperc alatt 3,75·10¹⁴ periódus van, vagyis egy periódus hossza az éppen annyi másodperc, ami ennek a számnak a reciproka. Ez így írjuk fel képletben:
T=1f
ahol
T-vel jelöljük a periódusidőt.
T=13,75·1014 Hz=10,375·1015 1s=2,666·10-15 s
bb"b)" mennyi a hullámhossz? (levegőben)
A
bb"hullámhossz" az a távolság, amennyit egy periódus alatt odébbmegy a hullám. Ezt jelöle a
λ a képen.
Tudjuk, hogy a fény sebessége c=300 000 km/s légüres térben, és gyakorlatilag ugyanennyi levegőben is.
c=3·10^5\ (km)/s=3·10^8\ m/s
Vagyis ilyen gyorsan megy előre a fény.
Már az előbb kiszámoltuk, hogy mennyi ideig tart egy periódus (
T), ezért ha a sebesség
c, akkor a megtett távolság ennyi:
λ=c·T
(Ez az
s=v·t képlet valójában, csak a távolságot λ-val, a sebességet c-vel, az időt nagy T-vel jelöltük.)
Kifejezhetjük a hullámhosszat a frekvenciával is, hisz
T=1/f:
λ=c/f
Szóval a vörös fény hullámhossza:
λ=(3·10^8 m/s)/("3,75"·10^14\ Hz)=(3·10^8 m/s)/("0,375"·10^15\ 1/s)=3/"0,375"·10^(8-15)\ m=8·10^(-7)\ m
Kicsit máshogy szokás írni:
8·10^(-7)\ m=800·10^(-9)\ m=800\ nm
ahol
nm a nanométer jele.
bb"c)" vízben mi van?
Különböző közegekben más és más a fény sebessége. Légüres térben a leggyorsabb, vízben lassabb. Szóval lassabban megy előre a hullám, de attól még ugyanolyan gyorsan rezeg fel és le! Szóval a
bb"frekvenciája változatlan", amit mi úgy érzékelünk, hogy a színe nem változik attól, hogy vízben vagy levegőben megy.
A sebessége viszont kevesebb. Az
n_"víz"=4/3 bb"törésmutató" pont azt jelenti, hogy hogyan változik a sebessége vízben:
c_"víz"=c_"vákum"/n_"víz"
Maga a név, mármint hogy "törés" van a névben, nem túl szerencsés ehhez a definícióhoz, de hát így hívják. Egyébként azért törésmutató, mert azzal, hogy kisebb a sebessége a vízben, a vízbe lépve "megtörik" a fénysugár. Egyébként csak akkor törik meg, ha ferdén lépett be a vízbe, de ebbe most nem megyek bele, mert nem szükséges tudni a feladathoz.
Szóval a vízbeli sebessége a fenti képlettel megy, ezt már nem számolom ki...