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Lunghezza d'onda, Frequenza e Energia

Domanda (Posta da Rita Olla)
Che relazione c'è tra frequenza e lunghezza d'onda? E' corretto
dire che maggiore e' la frequenza, maggiore è l'energia associata
a quella data onda? A quale lunghezza (in metri) corrispondono
onde radio da 0,3 GHz e da 100 GHz?

Risposta

In fisica, le onde elettromagnetiche (cioe' quello che comunemente
chiamiamo "luce") sono caratterizzate dalla loro lunghezza d'onda
(indicata con la lettera greca lambda), cioe' dalla distanza tra
due suoi massimi (o tra due minimi) consecutivi.






















La frequenza v, invece, e' data dal numero di massimi (o minimi)
che si possono misurare nell'unita' di tempo (che e' il secondo);
essa si misura in numero di "cicli" al secondo = Hertz o 1/s.
Quindi la frequenza e' espressa come inverso del tempo.

Tra le due grandezze fisiche esiste una relazione di
proporzionalita' inversa, per cui maggiore e' l'una e minore
sara' l'altra. Questo dipende dal fatto che in fisica, in un moto
rettilineo uniforme, la relazione tra spazio percorso e tempo
impiegato a percorrerlo e' data da s = v * t.
In questo caso lo spazio s e' dato dalla lunghezza d'onda lambda,
la velocita' e' data dalla velocita' della luce (costante
c=3×10^8 m/s) e il tempo t e' l'inverso della frequenza.
Quindi: lambda = c/v
Il che significa che un'onda con una frequenza di 100 GHz è circa
3×10^8 m/s diviso 100 ×10^9 Hz = 3^(-3) metri = 0,003 metri = 3 mm

Tra frequenza di un'onda e la sua energia la relazione è invece di
proporzionalità diretta: maggiore e' la frequenza, maggiore e'
l'energia associata a quell'onda, secondo la relazione

 E = h * v

dove E e' l'energia, v e' la frequenza e h e' una costante,
fondamentale nella meccanica quantistica, che prende il nome di
costante di Planck.