Bước sóng là gì? Công thức tính bước sóng, phân loại và ứng dụng thực tiễn

Bước sóng là một khái niệm quan trọng trong vật lý, xuất hiện trong nhiều lĩnh vực như âm học, quang học, điện từ, v.v. Nó đóng vai trò then chốt trong việc hiểu và ứng dụng các loại sóng khác nhau, từ sóng âm, sóng ánh sáng đến sóng điện từ. Bài viết này sẽ cung cấp cho bạn cái nhìn toàn diện về bước sóng, bao gồm: Khái niệm, công thức tính toán, phân loại và ứng dụng. Tìm hiểu ngay bây giờ!

Khái niệm bước sóng

Bước sóng là gì? (hoặc, bước sóng của ánh sáng là gì?)

Bước sóng là khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm dao động cùng pha trên một sóng hoặc khoảng cách giữa hai đỉnh sóng, tại đó sóng đạt giá trị lớn nhất. Nó cũng có thể được biểu thị bằng khoảng cách giữa hai cấu trúc lặp lại của sóng.

Ký hiệu bước sóng thường được viết tắt bằng chữ cái Hy Lạp lambda (λ).

Công thức tính bước sóng

Dưới đây là các công thức chi tiết để tính bước sóng trong một khoảng thời gian, dựa trên tần số, trong quang học hoặc công thức tính bước sóng bằng sóng hạt. Hãy tham khảo!

Công thức tính bước sóng theo chu kỳ

Để tính bước sóng dựa trên chu kỳ, chúng ta sử dụng công thức sau:

λ = vT = v/f

Trong đó:

• λ là bước sóng (đơn vị: mét).

• v là tốc độ truyền sóng trong môi trường đó (đơn vị: mét/giây).

• T là chu kỳ của sóng (đơn vị: giây).

• f là tần số của sóng (đơn vị: Hz hoặc số dao động trong một giây).

Công thức này giúp chúng ta tính bước sóng dựa trên thông tin về chu kỳ hoặc ngược lại từ tần số của sóng.

Công thức tính bước sóng dựa vào tần số

Để tính bước sóng dựa trên tần số, chúng ta sử dụng công thức:

λ = v/f

Trong đó:

• λ là bước sóng (đơn vị: mét).

• v là tốc độ truyền sóng trong môi trường đó (đơn vị: mét/giây).

• f là tần số của sóng (đơn vị: Hz hoặc số đỉnh sóng truyền qua một điểm trong một đơn vị thời gian).

Công thức tính bước sóng trong quang học

Để tính bước sóng trong môi trường quang học, chúng tôi sử dụng công thức:

Xem thêm : Gợi ý 10+ bài văn viết về ngày gia đình Việt Nam bằng tiếng Anh hay, ý nghĩa

λ = λ0/n

Trong đó:

• λ là bước sóng trong môi trường không phải chân không (đơn vị: mét).

• λ0 là bước sóng trong chân không (đơn vị: mét).

• n là chiết suất của môi trường, tốc độ giảm tốc độ ánh sáng so với tốc độ trong chân không.

Trong nhiều trường hợp, khi không nói cụ thể, bước sóng của bức xạ điện từ thường được hiểu là bước sóng trong chân không.

Công thức tính bước sóng bằng sóng hạt

Được đề xuất bởi nhà vật lý người Pháp Louis-Victor de Broglie, khám phá quan trọng này đã mở ra một quan điểm mới về tính chất sóng của các hạt. Theo đó, mọi hạt có động lượng p có thể được coi là một “chùm sóng” gọi là sóng de Broglie. Công thức tính bước sóng của sóng de Broglie được biểu thị như sau:

λ = h/p

Trong đó:

• λ là bước sóng của sóng de Broglie (đơn vị: mét).

• h là hằng số Planck (đơn vị: jun giây).

• p là động lượng của hạt.

Công thức này phát biểu rằng bước sóng của sóng de Broglie tỷ lệ nghịch với động lượng của hạt. Điều này có nghĩa là các hạt có động lượng cao sẽ có bước sóng ngắn hơn và do đó năng lượng của chúng sẽ cao hơn.

Các loại bước sóng ánh sáng

Hiện nay, khoa học đã phát hiện ra nhiều loại bước sóng ánh sáng có trong tự nhiên. Một số loại phổ biến nhất bao gồm:

Vùng ánh sáng khả kiến ​​(vùng nhìn thấy được)

Vùng ánh sáng khả kiến ​​hay còn gọi là vùng khả kiến ​​là dải bước sóng ánh sáng từ khoảng 380 đến 760 nm. Đây được coi là phạm vi mà mắt người có thể nhìn thấy. Vùng nhìn thấy được chia thành các phân vùng nhỏ, mỗi phân vùng có một màu đặc trưng như sau:

• Màu tím: Từ khoảng 360 đến 450 nm.

• Màu xanh: Từ khoảng 450 đến 500 nm.

• Màu xanh lá cây: Từ khoảng 500 đến 570 nm.

• Màu vàng: Từ khoảng 570 đến 591 nm.

• Màu cam: Từ khoảng 591 đến 610 nm.

• Màu đỏ: Từ khoảng 610 đến 760 nm.

Những màu này phản ánh sự thay đổi của bước sóng ánh sáng và tương ứng với cảm giác màu sắc mà con người có thể cảm nhận được.

Vùng hồng ngoại (IR)

Xem thêm : 20+ công cụ kiểm tra ngữ pháp tiếng Anh từ online đến offline uy tín, chất lượng

Vùng hồng ngoại (IR) đóng vai trò quan trọng trong nhiều khía cạnh của cuộc sống hàng ngày. Đặc biệt, nó là nguyên tố không thể thiếu cho sự phát triển bình thường của cây trồng. Ngoài ra, bức xạ hồng ngoại còn được ứng dụng phổ biến trong các thiết bị gia dụng như tín hiệu điều khiển từ xa cho TV hay hệ thống chiếu sáng ban đêm cho camera an ninh.

Tia hồng ngoại có bước sóng từ khoảng 760 nm đến 1 milimét (1 triệu nm). Trong các ứng dụng như đèn trồng cây, chỉ sử dụng vùng đỏ xa trong vùng hồng ngoại, từ khoảng 730 đến 760 nm. Điều này đặc biệt quan trọng vì bước sóng ở vùng này được biết là có tác động tích cực đến sự phát triển của thực vật.

Vùng tia cực tím (UV)

Vùng cực tím (UV) là dải bước sóng ánh sáng nằm trong khoảng từ 100 nm đến 400 nm. Bức xạ tia cực tím có cả tác dụng có hại và có lợi đối với các sinh vật sống. May mắn thay, hầu hết các tia cực tím có hại từ Mặt trời đều bị khí quyển chặn lại trước khi chạm tới mặt đất.

Vùng cực tím thường được chia thành ba vùng dựa trên mức độ gây hại:

• UV-A: Đây là loại tia UV ít gây hại nhất và phần lớn nó được khí quyển hấp thụ. Nó có dải bước sóng từ 315 nm đến 400 nm.

• UV-B: Loại này có hại hơn UV-A và phần lớn được khí quyển hấp thụ. Phạm vi bước sóng của UV-B là từ 280 nm đến 315 nm.

• UV-C: UV-C là loại tia cực tím gây tổn thương nghiêm trọng cho tế bào. Nó được sử dụng trong các ứng dụng khử trùng. UV-C được khí quyển hấp thụ hoàn toàn và có bước sóng từ 100 nm đến 280 nm.

Các vùng bức xạ khác

Dưới đây là một số vùng bức xạ khác ngoài vùng ánh sáng mà chúng ta thường biết:

• Vùng bức xạ gamma: Có dải bước sóng từ 0,00001 nm đến 0,001 nm.

• Vùng tia X: Có dải bước sóng từ 0,001 nm đến 0,1 nm.

• Vùng vi sóng: Có dải bước sóng từ 1.000.000 nm đến 15.000.000 nm.

• Vùng vô tuyến: Có dải bước sóng từ 100.000 nm đến 100.000.000.000 nm.

Những vùng bức xạ này đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực khoa học và công nghệ khác nhau, từ y học đến viễn thông và nghiên cứu vũ trụ.

Xem thêm: Ánh sáng đơn sắc là gì? Hiện tượng giao thoa giữa hai ánh sáng đơn sắc là gì?

Ứng dụng khái niệm bước sóng trong thực tế

Khái niệm bước sóng đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực khoa học và kỹ thuật, mang lại những ứng dụng thực tiễn vào cuộc sống. Cụ thể:

• Truyền thông vô tuyến: Sóng vô tuyến bước sóng dài được sử dụng trong liên lạc AM và FM, cho phép truyền tín hiệu âm thanh trên khoảng cách xa. Trong khi đó, sóng vi ba có bước sóng ngắn hơn được sử dụng cho mạng truyền hình, radar và mạng di động, cung cấp khả năng truyền dữ liệu tốc độ cao.

• Y học: Tia X có bước sóng ngắn, năng lượng cao và được sử dụng trong tia X để chẩn đoán bệnh. Quét MRI sử dụng sóng vô tuyến tần số cao để tạo ra hình ảnh chi tiết bên trong cơ thể con người.

• Khoa học vật liệu: Phân tích quang phổ dựa vào việc đo bước sóng ánh sáng được hấp thụ hoặc phát ra bởi các nguyên tử, giúp xác định thành phần hóa học của vật liệu. Ngoài ra, kính hiển vi điện tử còn sử dụng chùm tia điện tử có bước sóng rất ngắn để quan sát cấu trúc của vật chất ở cấp độ nguyên tử.

• Công nghệ viễn thông: Sóng hồng ngoại có bước sóng dài được sử dụng trong điều khiển từ xa, hệ thống an ninh và truyền dữ liệu tốc độ cao. Ngoài ra, ánh sáng khả kiến ​​có bước sóng nằm trong quang phổ mà mắt người có thể cảm nhận được, đóng vai trò quan trọng trong truyền thông quang học, mạng cáp quang và công nghệ hiển thị.

• Khí tượng: Chúng tôi có radar thời tiết sử dụng sóng vô tuyến để đo tốc độ và hướng di chuyển của đám mây, giúp dự báo thời tiết chính xác. Ngoài ra, vệ tinh khí tượng còn sử dụng các cảm biến đo bức xạ điện từ ở nhiều bước sóng khác nhau để theo dõi các hiện tượng khí tượng, biến đổi khí hậu.

Như vậy, qua bài viết này các bạn đã biết thêm về khái niệm bước sóng hay bước sóng của ánh sáng cũng như các công thức tính toán và ứng dụng của chúng trong thực tế đời sống. Hy vọng những kiến ​​thức mà Nguyễn Tất Thành cung cấp ở trên hữu ích với các bạn.

Nguồn: https://truongnguyentatthanh.edu.vn
Danh mục: Giáo dục