Převodník délky a vzdálenosti Převodník hmotnosti Převodník objemových měr sypkých produktů a potravinářských výrobků Převodník ploch Převodník objemu a měrných jednotek v kuchařských receptech Převodník teploty Převodník tlaku, mechanického namáhání, Youngova modulu Převodník energie a práce Převodník výkonu Převodník síly Převodník času Lineární převodník otáček Plochý úhel Převodník tepelná účinnost a spotřeba paliva Převodník čísel v různých číselných soustavách Převodník jednotek měření množství informací Kurzy měn Dámské velikosti oblečení a obuvi Velikosti pánského oblečení a obuvi Měnič úhlové rychlosti a frekvence otáčení Měnič zrychlení Měnič úhlového zrychlení Měnič hustoty Měnič měrného objemu Moment měniče setrvačnosti Moment měniče síly Měnič točivého momentu Měrné teplo spalovacího měniče (hmotnostně) Hustota energie a měrné teplo spalovacího měniče (objemově) Převodník teplotního rozdílu Koeficient měniče tepelné roztažnosti Měnič tepelného odporu Konvertor tepelné vodivosti Konvertor měrné tepelné kapacity Konvertor energie a tepelného záření Konvertor hustoty tepelného toku Konvertor součinitele přenosu tepla Konvertor objemového průtoku Konvertor hmotnostního průtoku Konvertor molárního průtoku Konvertor hmotnostní hustoty Konvertor molární koncentrace Konvertor hmotnostní koncentrace v konvertoru roztoku Dynamický (absolutní) konvertor viskozity Kinematický konvertor viskozity Konvertor povrchového napětí Konvertor paropropustnosti Konvertor hustoty proudění vodní páry Konvertor hladiny zvuku Konvertor citlivosti mikrofonu Konvertor hladiny akustického tlaku (SPL) Konvertor hladiny akustického tlaku s volitelným referenčním tlakem Konvertor jasu Konvertor světelné intenzity Konvertor jasu Počítačová grafika Rozlišení a rozlišení Převodník vlnové délky Dioptrický výkon a ohnisková vzdálenost Výkon a zvětšení čočky (×) Převodník elektrického náboje Převodník hustoty lineárního náboje Převodník hustoty povrchového náboje Převodník hustoty objemového náboje Převodník hustoty elektrického proudu Převodník hustoty lineárního proudu Převodník hustoty povrchového proudu Převodník intenzity elektrického pole Převodník elektrostatického potenciálu a napětí Převodník elektrického odporu Převodník elektrického odporu Převodník elektrické vodivosti Převodník elektrické vodivosti Převodník elektrické kapacity Převodník indukčnosti Americký převodník měřidel drátu Úrovně v dBm (dBm nebo dBm), dBV (dBV), wattech atd. jednotky Magnetomotorický měnič síly Převodník síly magnetického pole Převodník magnetického toku Převodník magnetické indukce Záření. Konvertor dávkového příkonu absorbovaného ionizujícího záření Radioaktivita. Konvertor radioaktivního rozpadu Radiace. Převodník expozičních dávek Radiace. Převodník absorbované dávky Převodník desetinné předpony Přenos dat Převodník jednotek typografie a zpracování obrazu Převodník jednotek objemu dřeva Výpočet molární hmotnosti D. I. Mendělejevova periodická tabulka chemických prvků

Počáteční hodnota

Převedená hodnota

hertz exahertz petahertz terahertz gigahertz megahertz kilohertz hektohertz dekahertz decihertz centihertz millihertz mikrohertz nanohertz pikohertz femtohertz attohertz cykly za sekundu vlnová délka v exametrech vlnová délka v petametrech vlnová délka v metrech vlnová délka v kilometrech vlnová délka v gigametrech vlnová délka v gigametrech decimetry vlnová délka v centimetrech vlnová délka v milimetrech vlnová délka v mikrometrech Comptonova vlnová délka elektronu Comptonova vlnová délka protonu Comptonova vlnová délka neutronu otáčky za sekundu otáčky za minutu otáčky za hodinu otáčky za den

Specifické teplo

Více o frekvenci a vlnové délce

Obecná informace

Frekvence

Frekvence je veličina, která měří, jak často se určitý periodický proces opakuje. Ve fyzice se frekvence používá k popisu vlastností vlnových procesů. Frekvence vln je počet úplných cyklů vlnění za jednotku času. Jednotkou frekvence v SI je hertz (Hz). Jeden hertz se rovná jedné vibraci za sekundu.

Vlnová délka

V přírodě existuje mnoho různých typů vln, od mořských vln poháněných větrem až po elektromagnetické vlny. Vlastnosti elektromagnetického vlnění závisí na vlnové délce. Takové vlny jsou rozděleny do několika typů:

• Gama paprsky s vlnovými délkami do 0,01 nanometrů (nm).
• rentgenové snímky s vlnovou délkou - od 0,01 nm do 10 nm.
• Vlny ultrafialový rozsah, které mají délku od 10 do 380 nm. Pro lidské oko jsou neviditelné.
• Světlo dovnitř viditelná část spektra s vlnovou délkou 380–700 nm.
• Pro lidi neviditelný infračervené záření s vlnovými délkami od 700 nm do 1 milimetru.
• Následují infračervené vlny mikrovlnná trouba s vlnovými délkami od 1 milimetru do 1 metru.
• Nejdelší - rádiové vlny. Jejich délka začíná od 1 metru.

Tento článek je o elektromagnetickém záření, a zejména o světle. V něm probereme, jak vlnová délka a frekvence ovlivňují světlo, včetně viditelného spektra, ultrafialového a infračerveného záření.

Elektromagnetická radiace

Elektromagnetické záření je energie, jejíž vlastnosti jsou podobné vlastnostem vln a částic. Tato vlastnost se nazývá dualita vlna-částice. Elektromagnetické vlny se skládají z magnetické vlny a elektrické vlny na ni kolmé.

Energie elektromagnetického záření je výsledkem pohybu částic zvaných fotony. Čím vyšší je frekvence záření, tím jsou aktivnější a tím více mohou poškodit buňky a tkáně živých organismů. To se děje proto, že čím vyšší je frekvence záření, tím více energie nesou. Větší energie jim umožňuje měnit molekulární strukturu látek, na které působí. To je důvod, proč je ultrafialové, rentgenové a gama záření pro zvířata a rostliny tak škodlivé. Velká část tohoto záření je ve vesmíru. Je přítomen i na Zemi, a to i přesto, že ozónovou vrstvu atmosféry kolem Země většinu z toho blokuje.

Elektromagnetické záření a atmosféra

Zemská atmosféra propouští pouze elektromagnetické záření o určité frekvenci. Většina gama paprsků, rentgenových paprsků, ultrafialového světla, některé infračervené záření a dlouhé rádiové vlny jsou blokovány zemskou atmosférou. Atmosféra je pohltí a nepustí dál. Některé elektromagnetické vlny, zejména krátkovlnné záření, se odrážejí od ionosféry. Veškeré ostatní záření dopadá na zemský povrch. V horních vrstvách atmosféry, tedy dále od zemského povrchu, je více záření než ve spodních vrstvách. Proto čím výše jdete, tím nebezpečnější je pro živé organismy být tam bez ochranných obleků.

Atmosféra umožňuje, aby se na Zemi dostalo malé množství ultrafialového světla a to je škodlivé pro kůži. Právě kvůli ultrafialovým paprskům se lidé spálí a mohou dokonce dostat rakovinu kůže. Na druhou stranu některé paprsky přenášené atmosférou jsou prospěšné. Infračervené paprsky, které dopadají na zemský povrch, se využívají například v astronomii – infračervené dalekohledy sledují infračervené paprsky vyzařované astronomickými objekty. Čím výše jste od zemského povrchu, tím více infračerveného záření, a proto jsou dalekohledy často instalovány na vrcholcích hor a dalších vyvýšených místech. Někdy jsou vyslány do vesmíru, aby zlepšily viditelnost infračervených paprsků.

Vztah mezi frekvencí a vlnovou délkou

Frekvence a vlnová délka jsou navzájem nepřímo úměrné. To znamená, že s rostoucí vlnovou délkou klesá frekvence a naopak. Lze si to snadno představit: je-li frekvence kmitání vlnového procesu vysoká, pak je doba mezi kmity mnohem kratší než u vln, jejichž frekvence kmitů je nižší. Pokud si představíte vlnu na grafu, vzdálenost mezi jejími vrcholy bude tím menší, čím více kmitů v určitém časovém úseku udělá.

Pro určení rychlosti šíření vlny v prostředí je nutné vynásobit frekvenci vlny její délkou. Elektromagnetické vlny se ve vakuu šíří vždy stejnou rychlostí. Tato rychlost je známá jako rychlost světla. Je to rovných 299 792 458 metrů za sekundu.

Světlo

Viditelné světlo je elektromagnetické vlnění s frekvencí a vlnovou délkou, které určují jeho barvu.

Vlnová délka a barva

Nejkratší vlnová délka viditelného světla je 380 nanometrů. Je to fialová barva, následuje modrá a azurová, pak zelená, žlutá, oranžová a nakonec červená. Bílé světlo se skládá ze všech barev najednou, to znamená, že bílé předměty odrážejí všechny barvy. To lze vidět pomocí hranolu. Světlo, které do ní vstupuje, je lámáno a uspořádáno do pruhu barev ve stejném pořadí jako v duze. Tato sekvence je od barev s nejkratší vlnovou délkou po nejdelší. Závislost rychlosti šíření světla v látce na vlnové délce se nazývá disperze.

Podobným způsobem se tvoří duhy. Kapky vody rozptýlené v atmosféře po dešti se chovají stejně jako hranol a lámou každou vlnu. Barvy duhy jsou tak důležité, že mnoho jazyků má mnemotechnické pomůcky, tedy techniku ​​pro zapamatování barev duhy, která je tak jednoduchá, že si je zapamatují i ​​děti. Mnoho dětí, které mluví rusky, ví, že „Každý lovec chce vědět, kde sedí bažant“. Někteří lidé si vymýšlejí své vlastní mnemotechnické pomůcky, a to je zvláště užitečné cvičení pro děti, protože když vymyslí vlastní metodu, jak si zapamatovat barvy duhy, zapamatují si je rychleji.

Světlo, na které je lidské oko nejcitlivější, je zelené s vlnovou délkou 555 nm v jasném prostředí a 505 nm v šeru a tmě. Ne všechna zvířata dokážou rozlišovat barvy. Kočky například nemají vyvinuté barevné vidění. Na druhou stranu některá zvířata vidí barvy mnohem lépe než lidé. Některé druhy například vidí ultrafialové a infračervené světlo.

Odraz světla

Barva předmětu je určena vlnovou délkou světla odraženého od jeho povrchu. Bílé objekty odrážejí všechny vlny viditelného spektra, zatímco černé objekty naopak všechny vlny pohlcují a nic neodrážejí.

Jedním z přírodních materiálů s vysokým koeficientem disperze je diamant. Správně zpracované diamanty odrážejí světlo z vnější i vnitřní strany a lámou ho, stejně jako hranol. Je důležité, aby se většina tohoto světla odrážela nahoru, směrem k oku, a ne například dolů, dovnitř rámu, kde není vidět. Díky vysokému rozptylu se diamanty velmi krásně lesknou na slunci a pod umělým světlem. Sklo broušené stejně jako diamant se také leskne, ale ne tolik. Diamanty totiž díky svému chemickému složení odrážejí světlo mnohem lépe než sklo. Úhly používané při řezání diamantů jsou nanejvýš důležité, protože úhly, které jsou příliš ostré nebo příliš tupé, buď brání odrazu světla od vnitřních stěn, nebo odrážejí světlo do nastavení, jak je znázorněno na obrázku.

Spektroskopie

K určení chemického složení látky se někdy používá spektrální analýza nebo spektroskopie. Tato metoda je zvláště dobrá, pokud nelze chemickou analýzu látky provést přímou prací s ní, například při určování chemického složení hvězd. Když víme, jaké elektromagnetické záření tělo absorbuje, můžeme určit, z čeho se skládá. Absorpční spektroskopie, která je jednou z větví spektroskopie, určuje, jaké záření je tělem absorbováno. Takový rozbor lze provést na dálku, proto se často používá v astronomii, stejně jako při práci s toxickými a nebezpečnými látkami.

Stanovení přítomnosti elektromagnetického záření

Viditelné světlo, stejně jako každé elektromagnetické záření, je energie. Čím více energie je emitováno, tím snazší je měřit toto záření. S rostoucí vlnovou délkou klesá množství emitované energie. Vidění je možné právě proto, že lidé a zvířata tuto energii rozpoznávají a cítí rozdíl mezi zářením o různých vlnových délkách. Elektromagnetické záření různé délky vnímá oko jako různé barvy. Podle tohoto principu fungují nejen oči zvířat a lidí, ale také technologie vytvořené lidmi pro zpracování elektromagnetického záření.

Viditelné světlo

Lidé a zvířata vidí širokou škálu elektromagnetického záření. Většina lidí a zvířat například reaguje na viditelné světlo a některá zvířata také reagují na ultrafialové a infračervené paprsky. Schopnost rozlišovat barvy není přítomna u všech zvířat – někteří vidí pouze rozdíl mezi světlými a tmavými povrchy. Náš mozek určuje barvu tímto způsobem: fotony elektromagnetického záření vstupují do oka na sítnici a procházejíc přes ni excitují čípky, fotoreceptory oka. Výsledkem je přenos signálu přes nervový systém do mozku. Kromě čípků mají oči i další fotoreceptory, tyčinky, ale ty nejsou schopny rozlišovat barvy. Jejich účelem je určit jas a intenzitu světla.

V oku je obvykle několik typů čípků. Lidé mají tři typy, z nichž každý absorbuje fotony světla v určitých vlnových délkách. Při jejich vstřebání dochází k chemické reakci, v jejímž důsledku jsou do mozku vysílány nervové impulsy s informací o vlnové délce. Tyto signály zpracovává zraková kůra mozku. Toto je oblast mozku zodpovědná za vnímání zvuku. Každý typ čípku je zodpovědný pouze za vlnové délky určité délky, takže pro získání úplného obrazu o barvě se informace přijaté ze všech čípků sečtou.

Některá zvířata mají dokonce více druhů šišek než lidé. Například některé druhy ryb a ptáků mají čtyři až pět typů. Zajímavé je, že samice některých zvířat mají více druhů šišek než samci. Někteří ptáci, jako jsou racci, kteří chytají kořist ve vodě nebo na hladině vody, mají uvnitř svých čípků žluté nebo červené kapičky oleje, které fungují jako filtr. To jim pomáhá vidět více barev. Oči plazů jsou navrženy podobným způsobem.

Infračervené světlo

Hadi, na rozdíl od lidí, mají nejen zrakové receptory, ale i smyslové orgány, na které reagují infračervené záření. Pohlcují energii infračervených paprsků, to znamená, že reagují na teplo. Některá zařízení, jako jsou zařízení pro noční vidění, také reagují na teplo generované infračerveným zářičem. Taková zařízení používá armáda a také k zajištění bezpečnosti a ochrany prostor a území. Zvířata, která vidí infračervené světlo, a zařízení, která je dokážou rozpoznat, vidí nejen předměty, které jsou v daném okamžiku v jejich zorném poli, ale také stopy předmětů, zvířat nebo lidí, kteří tam byli předtím, pokud neuplynulo příliš mnoho času. . hodně času. Hadi mohou například zjistit, zda hlodavci nekopali díru do země, a policisté, kteří používají zařízení pro noční vidění, mohou vidět, zda v zemi nebyly nedávno ukryty důkazy o trestném činu, jako jsou peníze, drogy nebo něco jiného. . Zařízení pro záznam infračerveného záření se používají v dalekohledech, stejně jako pro kontrolu těsnosti nádob a kamer. S jejich pomocí je dobře vidět místo úniku tepla. V medicíně se infračervené snímky používají pro diagnostické účely. V dějinách umění - určit, co je zobrazeno pod horní vrstvou barvy. Zařízení pro noční vidění se používají k ochraně prostor.

Ultrafialové světlo

Některé ryby vidí ultrafialové světlo. Jejich oči obsahují pigment, který je citlivý na ultrafialové paprsky. Rybí kůže obsahuje oblasti, které odrážejí ultrafialové světlo, neviditelné pro lidi a jiná zvířata – což se v živočišné říši často používá k označení pohlaví zvířat a také pro společenské účely. Někteří ptáci také vidí ultrafialové světlo. Tato dovednost je zvláště důležitá v období páření, kdy ptáci hledají potenciální partnery. Povrchy některých rostlin také dobře odrážejí ultrafialové světlo a schopnost jej vidět pomáhá při hledání potravy. Kromě ryb a ptáků vidí ultrafialové světlo i někteří plazi, jako jsou želvy, ještěrky a leguáni zelení (ilustrováno).

Lidské oko, stejně jako oči zvířat, absorbuje ultrafialové světlo, ale nedokáže ho zpracovat. U lidí ničí buňky v oku, zejména v rohovce a čočce. To zase způsobuje různé nemoci a dokonce i slepotu. Přestože ultrafialové světlo škodí zraku, lidé a zvířata potřebují malé množství k produkci vitamínu D. Ultrafialové záření se stejně jako infračervené používá v mnoha průmyslových odvětvích, například v lékařství k dezinfekci, v astronomii k pozorování hvězd a jiných objektů a v chemie pro tuhnutí kapalných látek, stejně jako pro vizualizaci, tedy pro vytváření diagramů rozložení látek v určitém prostoru. Pomocí ultrafialového světla jsou padělané bankovky a pasy detekovány, pokud mají znaky natištěné speciálním inkoustem, který lze rozpoznat pomocí ultrafialového světla. V případě padělání dokumentů UV lampa ne vždy pomůže, protože zločinci někdy použijí skutečný dokument a nahradí fotografii nebo jiné informace na něm, takže označení UV lampou zůstane. Existuje také mnoho dalších použití pro ultrafialové světlo.

Barvoslepost

Kvůli vadám zraku nejsou někteří lidé schopni rozlišovat barvy. Tento problém se nazývá barevná slepota nebo barevná slepota, pojmenovaná po osobě, která jako první popsala tuto funkci vidění. Někdy lidé nevidí barvy pouze na určité vlnové délce a někdy nevidí barvy vůbec. Často jsou příčinou nedostatečně vyvinuté nebo poškozené fotoreceptory, ale v některých případech je problémem poškození nervových drah, jako je zraková kůra, kde se zpracovávají barevné informace. V mnoha případech tento stav způsobuje lidem i zvířatům nepohodlí a problémy, někdy je však neschopnost rozlišovat barvy naopak výhodou. To potvrzuje i fakt, že i přes mnohaletý vývoj nemá mnoho zvířat vyvinuté barevné vidění. Barvoslepí lidé a zvířata mohou například jasně vidět maskování jiných zvířat.

Navzdory výhodám barvosleposti je ve společnosti považována za problém a některé profese jsou lidem s barvoslepostí uzavřené. Obvykle nemohou získat plná práva k řízení letadla bez omezení. V mnoha zemích mají řidičské průkazy pro tyto lidi také omezení a v některých případech nemohou získat průkaz vůbec. Proto nemohou vždy najít práci, kde potřebují řídit auto, letadlo nebo jiná vozidla. Mají také potíže s hledáním zaměstnání, kde je důležitá schopnost identifikovat a používat barvy. Je pro ně například obtížné stát se designéry nebo pracovat v prostředí, kde se barva používá jako signál (například nebezpečí).

Pracuje se na vytvoření příznivějších podmínek pro lidi s barvoslepostí. Existují například tabulky, ve kterých barvy odpovídají znakům, a v některých zemích se tyto znaky používají v institucích a na veřejných místech spolu s barvou. Někteří návrháři nepoužívají nebo omezují použití barev k předávání důležitých informací ve své práci. Místo barev nebo spolu s nimi používají jas, text a další prostředky ke zvýraznění informací, takže i barvoslepí lidé mohou plně přijímat informace, které jim návrhář sděluje. Ve většině případů lidé s barvoslepostí nedokážou rozlišit červenou a zelenou, takže designéři někdy nahrazují kombinaci „červená = nebezpečí, zelená = v pořádku“ červenou a modrou. Většina operačních systémů také umožňuje upravit barvy tak, aby lidé s barvoslepostí vše viděli.

Barva ve strojovém vidění

Barevné počítačové vidění je rychle se rozvíjející odvětví umělé inteligence. Až donedávna byla většina práce v této oblasti prováděna s monochromatickými obrázky, ale nyní stále více vědeckých laboratoří pracuje s barvou. Některé algoritmy pro práci s monochromatickými obrázky se používají také pro zpracování barevných obrázků.

aplikace

Počítačové vidění se používá v řadě průmyslových odvětví, jako je ovládání robotů, samořídící auta a bezpilotní letadla. Hodí se v oblasti bezpečnosti například pro identifikaci osob a předmětů z fotografií, pro vyhledávání v databázích, pro sledování pohybu objektů v závislosti na jejich barvě a podobně. Určení polohy pohybujících se objektů umožňuje počítači určit směr, kterým se člověk dívá, nebo sledovat pohyb aut, lidí, rukou a dalších předmětů.

Pro správnou identifikaci neznámých objektů je důležité vědět o jejich tvaru a dalších vlastnostech, ale informace o barvě nejsou tak důležité. Při práci se známými předměty barva naopak pomáhá je rychleji rozpoznat. Práce s barvami je také pohodlná, protože informace o barvách lze získat i z obrázků s nízkým rozlišením. Rozpoznání tvaru předmětu, na rozdíl od jeho barvy, vyžaduje vysoké rozlišení. Práce s barvou namísto tvaru objektu umožňuje zkrátit dobu zpracování obrazu a využívat méně počítačových zdrojů. Barva pomáhá rozpoznávat předměty stejného tvaru a může být také použita jako signál nebo znak (například červená je signál nebezpečí). V tomto případě nemusíte rozpoznat tvar tohoto znaku ani text na něm napsaný. Na webu YouTube je mnoho zajímavých příkladů využití barevného strojového vidění.

Zpracování barevných informací

Fotografie, které počítač zpracovává, buď nahrávají uživatelé, nebo je pořizuje vestavěný fotoaparát. Proces digitální fotografie a natáčení videa je dobře zvládnutý, ale zpracování těchto snímků, zejména barevných, je spojeno s mnoha úskalími, z nichž mnohé nejsou dosud vyřešeny. To je způsobeno skutečností, že barevné vidění u lidí a zvířat je velmi složité a vytvoření počítačového vidění, jako je lidské vidění, není snadné. Zrak, stejně jako sluch, je založen na přizpůsobení se prostředí. Vnímání zvuku závisí nejen na frekvenci, akustickém tlaku a délce trvání zvuku, ale také na přítomnosti či nepřítomnosti jiných zvuků v okolí. Stejně tak je to se zrakem – vnímání barev závisí nejen na frekvenci a vlnové délce, ale také na vlastnostech prostředí. Například barvy okolních předmětů ovlivňují naše vnímání barev.

Z evolučního hlediska je takové přizpůsobení nutné, abychom si zvykli na prostředí a přestali věnovat pozornost nepodstatným prvkům a soustředili svou plnou pozornost na to, co se v prostředí mění. To je nezbytné pro snadnější zpozorování predátorů a nalezení potravy. Někdy kvůli tomuto přizpůsobení dochází k optickým klamům. Například v závislosti na barvě okolních předmětů vnímáme barvu dvou předmětů odlišně, i když odrážejí světlo se stejnou vlnovou délkou. Obrázek ukazuje příklad takového optického klamu. Hnědý čtverec v horní části obrázku (druhý řádek, druhý sloupec) se jeví světlejší než hnědý čtverec v dolní části obrázku (pátý řádek, druhý sloupec). Ve skutečnosti jsou jejich barvy stejné. I když to víme, stále je vnímáme jako různé barvy. Protože naše vnímání barev je tak složité, je pro programátory obtížné popsat všechny tyto nuance v algoritmech počítačového vidění. Navzdory těmto potížím jsme v této oblasti již dosáhli mnohého.

Články Unit Converter upravil a ilustroval Anatolij Zolotkov

Je pro vás obtížné překládat měrné jednotky z jednoho jazyka do druhého? Kolegové jsou připraveni vám pomoci. Zadejte dotaz v TCTerms a během několika minut dostanete odpověď.

Ve fyzice se zvuková energie přenáší prostřednictvím vln, které mají jedinečnou schopnost šířit se absolutně v jakémkoli prostředí. Rozmanitost a obrovské množství vlnových procesů neumožňují vědcům identifikovat hlavní vlastnosti vln, protože mezi nimi jsou také jednoduché typy, které věnují pozornost energii. Jsou jedinečné v tom, že se mohou protáhnout absolutní prázdnotou.

Definice 1

Vlnová délka je specifická vzdálenost mezi dvěma těsně umístěnými signálovými vlnami.

Pro přesné určení celé délky vlnových procesů je nutné nejprve změřit vzdálenost mezi dvěma sousedními body dvou vln. Fyzici často určují tuto hodnotu pomocí mezery mezi vrcholy vln, které jsou blízko u sebe.

Vlnová délka má přímý vztah s frekvencí proudu vycházejícího ze signálu. Čím větší je stálost daného prvku, tím kratší bude nakonec délka vlnění. Tato podřízenost je způsobena rychlým nárůstem celkového počtu opakování signálových vln za určitou dobu, jak se nestabilní vlnová délka snižuje.

Pro De Broglieho vlny lze tento ukazatel vypočítat následovně:

$\LARGE \lambda =\frac(h)(p )$

A pokud potřebujete určit přesnější vzorec pro proměnný prvek v elektromagnetickém poli nebo vzduchu, pak můžete použít následující teorii, kde

$\LARGE \lambda =\frac(c)(\nu )=\frac(299792458)(\nu )$

Používá se zde:

• $\lambda$ - délka samotné vlny;
• $\upsilon$ - konstantní rychlost vlny;
• $T$ - určité období vlny;
• $\nu$ - frekvence obecných oscilací;
• $h$ - stabilní bar;
• $p$ - impuls prvku;
• $c$ je rychlost světla.

Stojí za zmínku, že odvětví fyziky, které se zabývá studiem zvukových vln, se nazývá akustika. Pro lidi je zvuk hlavním zdrojem důležitých informací.

Definice 2

Zvuk je specifická vlnová perioda, která má mechanický původ a šíří se v plynném a pevném prostoru.

Nejsou vidět, ale jsou velmi citlivé na lidské ucho.

Rychlost vln ve fyzice

Obrázek 2. Rychlost a vlnová délka. Author24 - online výměna studentských prací

Jakýkoli vlnový proces se šíří určitou rychlostí. Rychlost vln je považována za obecný ukazatel šíření protiakce. Například úder do konce kovové tyče v ní vytvoří místní silnou kompresi, která se pak bude pohybovat podél driftu rychlostí přibližně 10 km/s.

Rychlost vlny může být určena vlastnostmi prostředí, ve kterém k tomuto procesu dochází. Když se vlna transformuje z jednoho prostoru do druhého, její rychlost se dramaticky změní.

Ve fyzice vlnová délka označuje vzdálenost, na kterou se může vlna šířit za dobu rovnající se celkové periodě oscilací v ní.

Definice 3

Rychlost vlnění je absolutní a konstantní hodnota pro určité médium, rovna součinu rychlosti a času jejího zobecnění.

Pro měření vlnové délky je tedy nutné vynásobit rychlost vlnění fází jeho kmitů v něm: kde $v$ je rychlost konkrétní vlny, $T$ je perioda obecných kmitů ve vlně je $\lambda$ délka samotné vlny.

Tento vzorec určuje vztah mezi vlnovou délkou a její rychlostí a fází. Vzhledem k tomu, že interval kmitů ve vlnových procesech je vždy úměrný frekvenci, lze tvrdit, že rychlost vlny se rovná vytvoření délky při stabilní frekvenci kmitů v ní.

Poznámka 1

Vlny jsou schopny přenášet sílu a energii a mají také specifičnost, která pomáhá jednomu vlnovému procesu neovlivňovat vibrace druhého.

Díky tomu mohou tyto dvě granitizace snadno probíhat paralelně a vzájemně se nerušit.

Typy vln

Vlny z fyzikálního hlediska přenášejí obecnou zvukovou energii, která může snadno existovat v jakémkoli prostředí. Vzhledem k rozmanitosti existujících vlnových procesů je nemožné je přesně určit a zdůraznit hlavní charakteristiky, které jsou pro tento jev jedinečné.

Vlnový proces má ve fyzice mnohostrannou povahu, která zahrnuje:

• chemikálie;
• mechanické;
• elektromagnetické;
• spinová vlna;
• gravitační;
• hustota pravděpodobnosti.

Američtí vědci před dvěma lety dostali Nobelovu cenu za vynález unikátního detektoru, který je schopen tyto ukazatele přesně měřit. Zařízení na Laser Gravitational-Wave Observatory poprvé detekovalo gravitační vlnu. Trvalo více než jednu miliardu let, než se tento typ vln dostal na naši planetu. Daleko za viditelným horizontem galaxie došlo k silné srážce dvou černých děr, po které uplynulo jeden a půl miliardy let.

Zvukové vlny jsou považovány za vlny, které jsou snadno vnímatelné lidským uchem. Rozsah těchto frekvencí je přibližně mezi 20 Hz a 20 kHz a vlnové procesy s frekvencí nižší než tyto indikátory se nazývají infrazvuk a s frekvencí vyšší než 20 kHz - ultrazvuk. Zvukové vlny lze nalézt nejen v plynu, ale také v kapalině a v jiných skupenstvích. Zvláště zajímavé jsou však vlny v plynném prostoru – našem životním prostředí.

Typy vln

Všechny zvukové vibrace jsou vybaveny konstantní amplitudou, fází a frekvencí. Zvuky mohou cestovat na úplně jiné vzdálenosti, a pak se přenášet v prostoru ve formě určitých mechanických vibrací molekul konkrétní látky. Šíří se postupně, ale určitou rychlostí, a pak okamžitě zmizí. Jejich rychlost přímo závisí na médiu, ve kterém se nacházejí: v kapalném a pevném skupenství se zvukový proces rozšiřuje lépe a rychleji než ve vzduchu.

Typy vln jsou následující:

• běh - určuje se periodou, rychlostí a délkou a je také charakterizován šířením fází v prostorovém čase v závislosti na frekvenci a médiu;
• stojící – implikuje součet dvou vln: odraženého a dopadajícího, jejichž vznik vyžaduje stejnou intenzitu vlnění;
• zvuk - vyznačuje se důležitým faktorem, protože pouze díky tomuto typu vln mohou lidé komunikovat a přijímat potřebné informace.

Obecně můžeme usoudit, že příčinou všech zvukových procesů jsou vibrace, stabilní šíření zvuku vyžaduje určitý prostor;

Ne každé fyzické tělo, které se pohybuje, však může být zdrojem zvuku. Zajímavým faktem z historie je, že expanze infrazvuku na obrovské vzdálenosti umožňuje přesněji předpovídat přírodní katastrofy. A mořští živočichové, jako jsou raci nebo medúzy, jsou na tyto procesy extrémně citliví, a proto je dokážou pár dní před vypuknutím bouře předvídat a ukrýt se na bezpečném místě. Zvuky také představují frekvenci harmonických a absolutních vibrací.

Při studiu této části mějte na paměti kolísání různé fyzikální povahy jsou popsány z běžných matematických pozic. Zde je nutné jasně chápat takové pojmy, jako je harmonické kmitání, fáze, fázový rozdíl, amplituda, frekvence, perioda kmitání.

Je třeba mít na paměti, že v každém skutečném oscilačním systému existuje odpor média, tzn. oscilace budou tlumeny. Pro charakterizaci tlumení kmitů je zaveden koeficient tlumení a logaritmický dekrement tlumení.

Pokud dochází k oscilacím pod vlivem vnější, periodicky se měnící síly, pak se takové oscilace nazývají vynucené. Budou netlumené. Amplituda vynucených kmitů závisí na frekvenci hnací síly. Když se frekvence vynucených kmitů blíží frekvenci vlastních kmitů, amplituda vynucených kmitů prudce roste. Tento jev se nazývá rezonance.

Když přejdete ke studiu elektromagnetických vln, musíte to jasně pochopitelektromagnetická vlnaje elektromagnetické pole šířící se vesmírem. Nejjednodušší systém vyzařující elektromagnetické vlny je elektrický dipól. Pokud dipól prochází harmonickými oscilacemi, pak vyzařuje monochromatickou vlnu.

Tabulka vzorců: oscilace a vlny

CO JSOU RÁDIOVÉ VLNY

Rádiové vlny jsou elektromagnetické vlny, které se šíří vesmírem rychlostí světla (300 000 km/s). Mimochodem, světlo jsou také elektromagnetické vlny, které mají vlastnosti podobné rádiovým vlnám (odraz, lom, útlum atd.).

Rádiové vlny přenášejí energii vyzařovanou elektromagnetickým oscilátorem prostorem. A rodí se při změně elektrického pole, například při průchodu střídavého elektrického proudu vodičem nebo při přeskakování jisker prostorem, tzn. sérii rychle po sobě následujících proudových impulsů.

Elektromagnetické záření je charakterizováno frekvencí, vlnovou délkou a výkonem přenášené energie. Frekvence elektromagnetických vln ukazuje, kolikrát za sekundu se změní směr elektrického proudu v zářiči, a tedy kolikrát za sekundu se změní velikost elektrického a magnetického pole v každém bodě prostoru. Frekvence se měří v hertzech (Hz), což je jednotka pojmenovaná po velkém německém vědci Heinrichu Rudolfu Hertzovi. 1 Hz je jedna vibrace za sekundu, 1 megahertz (MHz) je milion vibrací za sekundu. S vědomím, že rychlost elektromagnetických vln je rovna rychlosti světla, můžeme určit vzdálenost mezi body v prostoru, kde je elektrické (nebo magnetické) pole ve stejné fázi. Tato vzdálenost se nazývá vlnová délka. Vlnová délka v metrech se vypočítá podle vzorce:

Nebo přibližně
kde f je frekvence elektromagnetického záření v MHz.

Vzorec ukazuje, že např. frekvence 1 MHz odpovídá vlnové délce cca. 300 m Jak se frekvence zvyšuje, vlnová délka klesá, s poklesem - hádejte sami. Později uvidíme, že vlnová délka přímo ovlivňuje délku antény pro rádiovou komunikaci.

Elektromagnetické vlny se volně šíří vzduchem nebo vnějším prostorem (vakuem). Pokud se však na dráze vln setká kovový drát, anténa nebo jakékoli jiné vodivé těleso, odevzdají mu svou energii, čímž v tomto vodiči způsobí střídavý elektrický proud. Ale ne všechna vlnová energie je absorbována vodičem, část se odráží od jeho povrchu a buď se vrací zpět, nebo je rozptýlena v prostoru. To je mimochodem základ pro použití elektromagnetických vln v radaru.

Další užitečnou vlastností elektromagnetických vln je jejich schopnost ohýbat se kolem určitých překážek v cestě. To je však možné pouze tehdy, když jsou rozměry objektu menší než vlnová délka nebo jsou s ní srovnatelné. Například, aby bylo možné detekovat letadlo, musí být délka rádiové vlny lokátoru menší než její geometrické rozměry (méně než 10 m). Pokud je těleso delší než vlnová délka, může ho odrážet. Ale nemusí to odrážet. Vezměme si vojenskou technologii Stealth, která využívá geometrické tvary, materiály pohlcující záření a povlaky ke snížení viditelnosti objektů pro lokátory.

Energie přenášená elektromagnetickými vlnami závisí na výkonu generátoru (emitoru) a vzdálenosti k němu. Vědecky to zní takto: tok energie na jednotku plochy je přímo úměrný síle záření a nepřímo úměrný druhé mocnině vzdálenosti k zářiči. To znamená, že dosah komunikace závisí na výkonu vysílače, ale v mnohem větší míře na vzdálenosti k němu.

DISTRIBUCE SPEKTRA

Rádiové vlny používané v radiotechnice zabírají oblast, nebo více vědecky, spektrum od 10 000 m (30 kHz) do 0,1 mm (3 000 GHz). Toto je pouze část obrovského spektra elektromagnetických vln. Rádiové vlny (v klesající délce) jsou následovány tepelnými nebo infračervenými paprsky. Po nich následuje úzký úsek vln viditelného světla, pak spektrum ultrafialového, rentgenového a gama záření – to vše jsou elektromagnetické vibrace stejné povahy, liší se pouze vlnovou délkou a tedy frekvencí.

Přestože je celé spektrum rozděleno do regionů, hranice mezi nimi jsou předběžně načrtnuty. Regiony na sebe plynule navazují, přecházejí jedna v druhou a v některých případech se překrývají.

Podle mezinárodních dohod je celé spektrum rádiových vln používaných v rádiové komunikaci rozděleno do rozsahů:

Tyto dosahy jsou však velmi rozsáhlé a dále jsou rozděleny do sekcí, které zahrnují tzv. vysílací a televizní dosahy, dosahy pro pozemní a letectví, kosmické a námořní komunikace, pro přenos dat a lékařství, pro radar a radionavigaci atd. . Každé rádiové službě je přidělena vlastní část spektra nebo pevné frekvence.

Rozdělení spektra mezi různé služby.

Toto členění je značně matoucí, proto mnoho služeb používá vlastní „interní“ terminologii. Obvykle se při určování rozsahů přidělených pro pozemní mobilní komunikace používají následující názvy:

Oficiální názvy frekvenčních rozsahů by neměly být zaměňovány s názvy sekcí přidělených různým službám. Stojí za zmínku, že hlavní světoví výrobci zařízení pro mobilní pozemní komunikaci vyrábějí modely navržené pro provoz v těchto konkrétních oblastech.

V budoucnu budeme hovořit o vlastnostech rádiových vln ve vztahu k jejich využití v pozemních mobilních radiokomunikacích.

JAK SE ŠÍŘÍ RÁDIOVÉ VLNY

Rádiové vlny jsou vyzařovány anténou do prostoru a šíří se jako energie elektromagnetického pole. A i když je povaha rádiových vln stejná, jejich schopnost šíření silně závisí na vlnové délce.

Země je vodičem elektřiny pro rádiové vlny (i když ne moc dobrý). Rádiové vlny, které procházejí nad zemským povrchem, postupně slábnou. To je způsobeno tím, že elektromagnetické vlny vybudí elektrické proudy na povrchu země, které spotřebují část energie. Tito. energie je absorbována zemí, a to čím více, tím kratší je vlnová délka (vyšší frekvence).

Vlnová energie navíc slábne také proto, že se záření šíří do všech směrů prostoru a tedy čím dále je přijímač od vysílače, tím méně energie dopadá na jednotku plochy a tím méně se jí dostává do antény.

Přenosy z dlouhovlnných vysílacích stanic lze přijímat na vzdálenosti až několika tisíc kilometrů a úroveň signálu klesá plynule, bez skoků. Stanice se středními vlnami lze slyšet v dosahu tisíců kilometrů. Pokud jde o krátké vlny, jejich energie se vzdáleností od vysílače prudce klesá. To vysvětluje skutečnost, že na úsvitu rozvoje rádia se pro komunikaci používaly hlavně vlny od 1 do 30 km. Vlny kratší než 100 metrů byly obecně považovány za nevhodné pro komunikaci na dlouhé vzdálenosti.

Další studie krátkých a ultrakrátkých vln však ukázaly, že se rychle zeslabují, když se pohybují blízko zemského povrchu. Když záření směřuje nahoru, krátké vlny se vracejí zpět.

Již v roce 1902 anglický matematik Oliver Heaviside a americký elektroinženýr Arthur Edwin Kennelly téměř současně předpověděli, že nad Zemí je ionizovaná vrstva vzduchu – přirozené zrcadlo, které odráží elektromagnetické vlny. Tato vrstva se nazývala ionosféra.

Ionosféra Země měla umožnit zvětšit rozsah šíření rádiových vln na vzdálenosti přesahující zorný úhel. Tento předpoklad byl experimentálně prokázán v roce 1923. Radiofrekvenční impulsy byly vysílány svisle nahoru a vracející se signály byly přijímány. Měření doby mezi odesláním a příjmem impulsů umožnilo určit výšku a počet odrazových vrstev.

Šíření dlouhých a krátkých vln.

Po odrazu od ionosféry se krátké vlny vracejí na Zemi a zanechávají pod ní stovky kilometrů „mrtvé zóny“. Po cestě do ionosféry a zpět se vlna „neuklidní“, ale odráží se od povrchu Země a opět se řítí do ionosféry, kde se znovu odráží atd. Mnohonásobně odražené rádio vlna může několikrát oběhnout zeměkouli.

Bylo zjištěno, že výška odrazu závisí především na vlnové délce. Čím kratší je vlna, tím vyšší je výška, ve které se odráží, a tím větší je „mrtvá zóna“. Tato závislost platí pouze pro krátkovlnnou část spektra (cca do 25–30 MHz). Pro kratší vlnové délky je ionosféra průhledná. Vlny jím pronikají a jdou do vesmíru.

Obrázek ukazuje, že odraz závisí nejen na frekvenci, ale také na denní době. Je to dáno tím, že ionosféra je ionizována slunečním zářením a s nástupem tmy postupně ztrácí svou odrazivost. Stupeň ionizace závisí také na sluneční aktivitě, která se mění v průběhu roku a rok od roku v sedmiletém cyklu.

Reflexní vrstvy ionosféry a šíření krátkých vln v závislosti na frekvenci a denní době.

VHF rádiové vlny mají vlastnosti více podobné světelným paprskům. Prakticky se neodrážejí od ionosféry, velmi mírně se ohýbají kolem zemského povrchu a šíří se v zorném poli. Proto je dosah ultrakrátkých vln krátký. To má ale jednoznačnou výhodu pro rádiovou komunikaci. Vzhledem k tomu, že se vlny v rozsahu VHF šíří v přímé viditelnosti, mohou být radiostanice umístěny ve vzdálenosti 150–200 km od sebe bez vzájemného ovlivňování. To umožňuje sousedním stanicím znovu používat stejnou frekvenci.

Šíření krátkých a ultrakrátkých vln.

Vlastnosti rádiových vln v rozsahu DCV a 800 MHz jsou ještě bližší světelným paprskům, a proto mají další zajímavou a důležitou vlastnost. Připomeňme si, jak funguje baterka. Světlo ze žárovky umístěné v ohnisku reflektoru se shromažďuje do úzkého paprsku paprsků, který lze vysílat jakýmkoli směrem. Totéž lze udělat s vysokofrekvenčními rádiovými vlnami. Mohou být shromažďovány anténními zrcadly a vysílány v úzkých paprskech. Pro nízkofrekvenční vlny není možné takovou anténu postavit, protože její rozměry by byly příliš velké (průměr zrcadla musí být mnohem větší než vlnová délka).

Možnost směrovaného vyzařování vln umožňuje zvýšit účinnost komunikačního systému. To je způsobeno tím, že úzký paprsek poskytuje menší rozptyl energie v bočních směrech, což umožňuje použití méně výkonných vysílačů pro dosažení daného komunikačního dosahu. Směrové záření vytváří menší interferenci s jinými komunikačními systémy, které nejsou v dosahu paprsku.

Příjem rádiových vln může také využívat směrové záření. Mnozí znají například parabolické satelitní antény, které zaměřují vyzařování satelitního vysílače do bodu, kde je instalován přijímací senzor. Použití směrových přijímacích antén v radioastronomii umožnilo učinit mnoho zásadních vědeckých objevů. Schopnost zaměřit vysokofrekvenční rádiové vlny zajistila jejich široké použití v radaru, radioreléové komunikaci, satelitním vysílání, bezdrátovém přenosu dat atd.

Parabolická směrová satelitní anténa (foto z ru.wikipedia.org).

Je třeba si uvědomit, že s klesající vlnovou délkou roste útlum a absorpce energie v atmosféře. Zejména na šíření vln kratších než 1 cm začínají ovlivňovat takové jevy, jako je mlha, déšť, oblačnost, které se mohou stát vážnou překážkou omezující dosah komunikace.

Dozvěděli jsme se, že rádiové vlny mají různé vlastnosti šíření v závislosti na vlnové délce a každá část rádiového spektra se využívá tam, kde jsou její výhody nejlépe využity.

Důležitý fyzikální parametr nezbytný pro řešení mnoha problémů v akustice a radioelektronice. Lze jej vypočítat několika způsoby, podle toho, jaké parametry jsou zadané. Nejpohodlnější je to udělat, pokud znáte frekvenci nebo periodu a rychlost šíření.

Vzorce

Základní vzorec, který odpovídá na otázku, jak zjistit vlnovou délku pomocí frekvence, je uveden níže:

Zde l je vlnová délka v metrech, v je rychlost jejího šíření v m/s, u je lineární frekvence v hertzech.

Protože frekvence souvisí s tečkou v inverzním vztahu, lze předchozí výraz zapsat jinak:

T je doba oscilace v sekundách.

Tento parametr lze vyjádřit jako cyklickou frekvenci a fázovou rychlost:

l = 2 pi*v/w

V tomto výrazu je w cyklická frekvence vyjádřená v radiánech za sekundu.

Frekvence vlny přes délku, jak je patrné z předchozího výrazu, se nachází takto:

Uvažujme elektromagnetické vlnění, které se šíří v látce s n. Frekvence vlny z hlediska délky je pak vyjádřena následujícím vztahem:

Pokud se šíří ve vakuu, pak n = 1 a výraz nabývá následujícího tvaru:

V posledním vzorci je vlnová frekvence z hlediska délky vyjádřena pomocí konstanty c - rychlost světla ve vakuu, c = 300 000 km/s.