Come sappiamo, la luce è una radiazione elettromagnetica. La frequenza della luce può cambiare? Approfondiamo maggiori dettagli in questo articolo.
La frequenza è determinata dalla quantità di energia posseduta dalla luce. Finché non vi è alcun cambiamento nell'energia della luce, la frequenza rimane la stessa anche quando viaggia attraverso mezzi diversi. Considerando che, la lunghezza d'onda e la velocità saranno diverse al variare del mezzo di propagazione della luce.
Ad esempio, un raggio di luce monocromatico ha un valore specifico di frequenza mentre la sua lunghezza d'onda e la velocità di propagazione in diversi mezzi possono cambiare. Di seguito viene fornita una discussione dettagliata.
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Perché la frequenza della luce è costante?
La frequenza della luce può essere descritta come il numero di onde che passano attraverso un punto in un mezzo (o vuoto) al secondo ed è misurata in unità di Hertz.
Frequenza, v in Hz = numero di onde/tempo in secondi
Quindi, la frequenza dipende dal tempo e non dalle proprietà del mezzo in cui si propaga la luce. Ciò significa che la frequenza della luce è indipendente dal mezzo di propagazione e dipende solo dalla sua sorgente.
Inoltre, poiché l'energia della luce non varia, la frequenza rimane costante.
Diversi fisici hanno dimostrato che la luce ha una doppia natura: un'onda e una particella. Nella teoria delle particelle, la luce è composta da particelle note come fotoni. L'energia di ogni fotone è
E = hv
Dove h è la costante di Planck il cui valore è 6.626*10 all'34 ottobreJs
in linea v è la frequenza della luce
L'energia dei fotoni rimane costante anche se la luce percorre grandi distanze. Quindi, la frequenza della luce rimane la stessa, ma la lunghezza d'onda e la velocità della luce cambiano quando si viaggia attraverso mezzi diversi.
Quando cambia la frequenza della luce?
Poiché la frequenza della luce o di qualsiasi altra onda dipende solo dalla sorgente dell'onda e non dal mezzo di propagazione, solo le modifiche apportate alla sorgente si manifesteranno come un cambiamento di frequenza.
Quando la sorgente luminosa viene cambiata, cambia anche l'energia e quindi la frequenza sarà diversa. Si consideri ad esempio una sorgente di radiazione elettromagnetica, magari un corpo nero. Se la temperatura del corpo nero viene aumentata, aumenterà anche la frequenza della radiazione (o luce) emessa.
L'effetto Doppler è un altro scenario in cui percepiamo una differenza di frequenza, cioè la frequenza percepita dall'osservatore è diversa dalla sorgente ogni volta che si verifica un movimento relativo tra la sorgente e l'osservatore.
Quando la sorgente si avvicina all'osservatore, la luce diventa blu spostata, cioè una frequenza aumentata. Al contrario, la luce diventerà rossa o si verificherà una diminuzione della frequenza quando la sorgente si allontana dall'osservatore.
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Una vita reale esempio dell'effetto Doppler nella luce è quando un'auto della polizia si muove più velocemente verso un osservatore, la luce appare blu all'osservatore. E quando l'auto della polizia si allontana, la luce diventa rossa.
Cosa influenza la frequenza della luce?
Per un raggio di luce che viaggia nello spazio (o nel vuoto), la sua velocità di propagazione è costante data da 3*10^8 m/s. Poiché la velocità è costante, la frequenza della radiazione cambia a ogni variazione della sua lunghezza d'onda.
La relazione tra frequenza, lunghezza d'onda e velocità della luce è data da
c=λv
Dove, v è la frequenza della luce
λ è la lunghezza d'onda della luce e
c è la velocità della luce.
Dall'espressione sopra si può dedurre che aumentando la lunghezza d'onda si ottiene una diminuzione della frequenza e diminuendo la lunghezza d'onda aumenta la frequenza della luce.
Quando un raggio di luce viaggia da un mezzo all'altro, non vi è alcun cambiamento di frequenza. La frequenza può quindi essere modificata solo cambiando la sorgente del raggio di luce. Ciò comporterebbe un cambiamento nell'energia della radiazione e, quindi, la frequenza ne risente.
Perché la lunghezza d'onda cambia ma non la frequenza?
Quando la luce si propaga attraverso diversi media, la sua velocità è diversa in diversi media. Poiché la frequenza è indipendente dal mezzo in cui viaggia la luce, rimane la stessa. Poiché la frequenza è costante, la lunghezza d'onda cambia in corrispondenza della variazione della velocità della luce nei diversi mezzi.
Per la luce che si sposta da un mezzo più raro (come l'aria) a un mezzo più denso (come il vetro o l'acqua), la lunghezza d'onda cambia ma non la frequenza. In un mezzo più denso, la velocità della luce diminuisce, cioè la luce viaggia più lentamente in un intervallo di tempo specifico e, poiché la frequenza non cambia, la lunghezza d'onda diminuisce. Al contrario, quando la luce viaggia da un mezzo più denso a uno più raro, la lunghezza d'onda aumenta quando entra nel mezzo più raro come il velocità della luce aumenta.
La frequenza della luce cambia durante la rifrazione?
La rifrazione è il cambiamento di direzione o flessione dei raggi luminosi quando si propaga da un mezzo all'altro. La frequenza della luce è invariante durante la rifrazione.
Il cambiamento nella velocità della luce quando entra in diversi media è il motivo per cui si verifica questo fenomeno. Quindi la velocità della luce dipende dal mezzo di propagazione mentre la frequenza no. Nessun cambiamento nell'energia della luce (o radiazione) si verifica quando viaggia in mezzi diversi e quindi la frequenza rimane costante.
Una semplice dimostrazione sarebbe quella di scegliere un raggio monocromatico o un raggio di colore specifico, passarlo attraverso un mezzo con un indice di rifrazione più alto e controllare se c'è qualche cambiamento di colore mentre il raggio è in acqua. Il colore della luce è la misura osservabile della frequenza della luce. Se il colore cambia, possiamo dedurre che la frequenza è cambiata.
Ad esempio, se scegliamo una luce laser rossa (i laser sono monocromatici) e la lasciamo passare attraverso un acquario, e se osserviamo dall'alto, non ci sarebbe alcun cambiamento di colore. Il colore che osserviamo anche dopo che la luce passa attraverso l'acquario è il rosso. Ciò conferma che la frequenza della luce non cambia durante la rifrazione.
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Perché la frequenza non cambia nella rifrazione?
La frequenza dipende solo dalla sorgente luminosa e non dal mezzo di propagazione. Di conseguenza, la frequenza rimane la stessa in rifrazione mentre lunghezza d'onda così come la velocità della luce cambia.
Se consideriamo la natura ondulatoria della luce, la frequenza di un'onda dipende solo dal periodo di tempo. Poiché la luce passa attraverso mezzi diversi e subisce rifrazione, non vi è alcun cambiamento nel periodo di tempo, mentre al variare della velocità, cambia anche la lunghezza d'onda in modo da mantenere costante la frequenza. Poiché la luce viaggia più lentamente in un mezzo più denso, anche la lunghezza d'onda diminuisce e quando viaggia in un mezzo più raro, la luce ha un'elevata velocità e di conseguenza un'elevata lunghezza d'onda.
Se consideriamo la teoria secondo cui la luce è composta da particelle o fotoni, la frequenza di un fotone dipende solo dall'energia della particella. Poiché l'energia rimane conservata durante la rifrazione, non si verifica alcun cambiamento di energia e quindi la frequenza rimane la stessa durante la rifrazione.
La frequenza della luce cambia durante la riflessione?
Non ci sarà alcun cambiamento nella frequenza della luce durante la riflessione.
La riflessione della luce è il rimbalzo o il cambiamento nella direzione di propagazione della luce quando incontra un mezzo o una superficie. Durante la riflessione, l'intera onda viene riflessa indietro senza variazioni di velocità, lunghezza d'onda e frequenza. Potrebbe esserci un cambiamento nella fase dell'onda, cioè uno spostamento di fase di 180 gradi. Ma frequenza e lunghezza d'onda sono le caratteristiche intrinseche di un'onda che non dipende dalla fase di un'onda.
Inoltre, durante la riflessione non vi è assorbimento o rilascio di energia secondo la legge di conservazione dell'energia. Poiché l'energia rimane la stessa, così fa la frequenza della luce durante la riflessione.
La frequenza della luce è costante: domande frequenti
La frequenza della luce cambia durante la diffrazione?
La diffrazione della luce può essere descritta come la curvatura dei raggi luminosi attorno agli angoli, agli ostacoli o attraverso piccole aperture. La frequenza rimane invariata durante la diffrazione.
Nessun cambiamento nelle proprietà dell'onda si verifica durante diffrazione. Ciò implica che la velocità dell'onda, la lunghezza d'onda, frequenza e il periodo di tempo non cambia durante la diffrazione.
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La diffrazione diventa prominente quando la dimensione dell'ostacolo è paragonabile alla lunghezza d'onda della luce. All'aumentare della lunghezza d'onda, la quantità di diffrazione è maggiore (il che significa che la flessione è maggiore) e viceversa. La diffrazione avviene nel suono anche le onde.
Spiega l'effetto Doppler alla luce.
L'effetto Doppler è un fenomeno che si verifica ogni volta che si verifica un movimento relativo tra la sorgente e l'osservatore. A causa di questo movimento relativo, l'osservatore percepisce che la frequenza dell'onda è cambiata. L'effetto Doppler è comune nelle onde luminose e sonore.
Quando la sorgente di luce si allontana dall'osservatore, si verifica uno spostamento verso la regione delle basse frequenze. Nello spettro della luce visibile, lo spostamento si verifica verso la regione rossa ed è noto come spostamento verso il rosso. Quando la sorgente di luce si avvicina all'osservatore, lo spostamento è verso la regione ad alta frequenza. Questo spostamento verso l'alta frequenza è chiamato spostamento verso il blu nello spettro visibile.
Citare alcune applicazioni dell'effetto Doppler alla luce.
Alcune delle applicazioni dell'effetto Doppler alla luce sono:
- La polizia usa questa proprietà nelle scatole radar per monitorare la velocità del veicolo
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Le scatole radar trasmettono onde radio che si scontrano con il veicolo in movimento e vengono riflesse. La velocità del veicolo può essere determinata dalla velocità dell'onda radio riflessa che funge da sorgente e le scatole radar analizzano la velocità utilizzando lo spostamento di frequenza.
- Per tracciare i satelliti
- L'effetto Doppler viene utilizzato in astronomia per determinare quali stelle si stanno avvicinando o allontanandosi da noi
In un sistema di due stelle, l'effetto Doppler può essere utilizzato per determinare quale di esse si sta avvicinando e quale si sta allontanando analizzando lo spostamento di frequenza della luce emessa dalla stella.
- Analisi di galassie lontane
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Ciao, sono Deeksha Dinesh, attualmente conseguendo il post-laurea in Fisica con una specializzazione nel campo dell'Astrofisica. Mi piace fornire concetti in un modo più semplice per i lettori.