العلاقة بين الطول الموجي والتردد، تأتي مع الطلبة العديد من الاسئلة خلال الفصل الدراسي في المواد المقررة لهم التي يصعب حلها، وذلك لمى تحتاجه هذه الاسئلة من التفكير والبحث العمية، ولعل من هذه الاسئلة سؤال العلاقة بين الطول الموجي والتردد، وهي من العلاقات التي درسها الفيزيائيون والتي من خلالها اتضح أن العلاقة بين التردد وطول الموجة هي علاقة عكسية أي أن كلما زاد الطول الموجي، سيقل التردد، ويرجع ذلك إلى حقيقة أن تردد الموجة الكهرومغناطيسية أو تردد الفوتون يتناسب طرديًا مع طاقة الموجة أو الفوتون، حيث كلما زاد تردد الموجة أو الفوتون، كلما زادت طاقة الموجة أو الفوتون.

لذلك، فإن سبب لون الضوء الأزرق هو أن طوله الموجي منخفض في الطيف المرئي، فهو أكثر نشاطًا من الضوء الأحمر ذو الطول الموجي الأطول، وقد تم تحديد العلاقة بين التردد، والتي تمثل (عدد الموجة تمر القمم عند نقطة معينة في فترة زمنية معينة) والطول الموجي للموجات الكهرومغناطيسية مع الصيغة (ج = λ و).

تعريف الموجة

هنالك العديد من التعريفات التي يجب على الطالب ان يكون ملماً بها، ومن هذه التعريفات تعريف الموجه، والموجة تعني الاضطرابات التي تحدث في جسيمات المادة، وأشهر مثال يمكن ذكره من تلك الموجات هو الموجات السطحية التي تنتقل عبر الماء، ويظهر الضوء والصوت وحركة الجسيمات دون الذرية خصائص أقرب إلى الموجة، وبأبسطها موجات يتأرجح الاضطراب بشكل دوري بطول موجة وتردد ثابت.

تتطلب الموجات الميكانيكية، مثل الصوت، وسيلة تجعلها قادرة على الانتقال من خلالها، بينما لا تتطلب الموجات الكهرومغناطيسية وسيطًا لتنتقل عبرها، بل تنتشر في الفراغ. هناك نوعان من الموجات، أحدهما طولي والآخر عرضي، الأول يقترب من الشبه الذي يمر عبر الماء، أما النوع الثاني من الموجات فهو يشبه الموجات الموجودة في الصوت.

تحديد الطول الموجي

في هذه الفقرة نتعرف على تحديد الطول الموجي، حيث يتم تعريف الطول الموجي على أنه المسافة بين وحدات الموجة المتشابهة والمتطابقة، مما يشير إلى أنها المسافة بين الأطوار المتشابهة بين قاع مع قاع، أو قمة ذات قمة.

أما الضوء المرئي فيتراوح طوله الموجي بين أربعمائة وسبعمائة نانومتر، ومصدر انبعاث هذا الضوء هو ضوء الشمس، ويمكن للعين البشرية رؤيته كما ترى قوس قزح وما يتكون من ألوان، وذلك الضوء المرئي هو جزء من الطيف الكهرومغناطيسي، وهو القسم الوحيد الذي تستطيع العين البشرية رؤيته.

تعريف التردد

قام العلماء الفيزيائون بتحديد  التردد، ومن خلاله يمكن فهم معناه وبالتالي فهم العلاقة بينه وطول الموجة، حيث يُذكر أن التردد هو عدد تذبذبات الموجة لكل موجة في الوقت المقاس بالهرتز (Hz)، وفي هذا الصدد، فإن الإنسان هو القدرة على سماع الأصوات التي لها ترددات تتراوح من عشرين إلى عشرين ألف هرتز.

تم تعريف الأصوات ذات الترددات المقابلة لنطاق الأذن البشرية على أنها الموجات فوق الصوتية، بينما كانت الأصوات ذات الترددات الأقل من النطاق المسموع تسمى الموجات فوق الصوتية.

العلاقة بين الطول الموجي والتردد هي علاقة مباشرة

هنالك العلاقات التي تنشأ بين الظواهر العديدة، ومنها العلاقة بين الطول الموجي والتردد، حيث يرتبط الطول الموجي والتردد ببعضهما البعض ارتباطًا وثيقًا، حيث يزداد الطول الموجي، ويقل التردد والعكس صحيح، وهو ما يحدث بسبب مرور جميع موجات الضوء في الفراغ بنفس السرعة، مما يدل على أن التردد عكسي يتناسب مع الطول الموجي، أي أن العلاقة بين كل منهما هي علاقة مباشرة، وهي المسألة فيما يتعلق بعدد قمم الموجة التي تمر عند نقطة معينة في ثانية واحدة، والتي يتم تحديدها وفقًا لطول الموجة، مثل ستكون قيمة التردد أكبر من الطول الموجي.

رمز الطول الموجي

قام العلماء بوضع الرموز الخاصة لتسهيل حل المعادلات، ورمز العلاقة بين الطول والطول الموجي والتردد (c = λ f)، وبالتالي فإن كل رمز من الرموز في تلك العلاقة يشير إلى الأشياء التالية:

  • λ: الطول الموجي بالأمتار.
  • f: التردد في الدورة في الثانية من الزمن.
  • ج: سرعة الضوء.
  • مثال: يتم تحديد أعلى طاقة لطول موجي تكتشفه العين البشرية بالعلاقة التالية بين التردد وطول الموجة (c = λ f) ويتم الحصول على التردد بالعلاقة (f = c / λ) وهنا يكون التردد متساويًا لسرعة الضوء وهي (3) * 10 ^ 8) على الطول الموجي وهو (3.8 * 10 ^ (- 7)) للحصول على النتيجة التالية 7.9 * 10 ^ 14 هرتز لتردد الموجة.

العلاقة بين الطول الموجي ودرجة الحرارة

يعود الفضل في اكتشاف العلاق بين الطول الموجي ودرجة الحرارة الى العالم الفيزيائي (فيينا) حيث قام بوضع قانونًا حصل من خلاله على جائزة نوبل في الفيزياء عام (1911 م)، وهذا القانون يشرح العلاقة بين درجة حرارة مادة مثالية تنبعث من جميع ترددات الضوء، وكما نص عليه قانون (فيينا) يتغير الطول الموجي لكل موجة مع تغير درجة الحرارة.

درس فيينا أيضًا تردد الإشعاع أو طوله الموجي في التسعينيات، عندما توصل إلى فكرة تسمح للأشعة بالمرور عبر الضوء عبر ثقب صغير في الفرن ثم تنعكس من الجدران الداخلية للفرن، و نتيجة لذلك، يتم امتصاص جميع الأشعة التي تمر من خلالها، وفرصة الحصول على بعض تلك الأشعة يخرج من الحفرة مرة أخرى، وبعد ذلك يصبح الإشعاع من تلك الحفرة قريبًا جدًا من الإشعاع الكهرومغناطيسي لجسم التوازن و درجة حرارة الفرن.

خلص الفيزيائي (فيينا) إلى أن كل طول موجي له طاقة إشعاعية قصوى عند طول موجي محدد، وأن الحد الأقصى ينتقل عن طريق زيادة درجة الحرارة إلى أطوال موجية أقصر، وبناءً على ذلك، فإن القانون الذي وضعته فيينا حول نقل الطاقة الإشعاعية إلى ترددات أعلى تحت يشار إلى ارتفاع درجة الحرارة بواسطة أجسام دافئة تنبعث منها الأشعة تحت الحمراء.

نظرية موجة الضوء

وضع العلماء الفيزيائيين النظرية الخاص بموجة الضوء، حيث وصفت هذه النظرية الضوء كما تدرك الطبيعة الموجة، وطورت نظرية هويجنز عن انكسار الضوء بناءً على مفهوم الطبيعة الموجية للضوء، حيث أشارت هذه النظرية إلى أن سرعة الضوء في أي مادة تتناسب طرديًا مع الانكسار. الفهرس، حيث افترض Huygens أنه كلما زاد انكسار الضوء أو انكساره بواسطة مادة، كان تحركه أبطأ عبر تلك المادة.

اقترح Huygens في عام 1690 م أن موجات الضوء تنتقل عبر الفضاء عبر الأثير، بقصد مادة عديمة الوزن موجودة ككيان مرئي في أجزاء مختلفة من الفضاء والهواء، وربما استهلك هذا البحث عن الأثير الكثير من الموارد في القرن التاسع عشر حيث استمرت هذه النظرية حتى نهاية القرن التاسع عشر كما يتضح من النموذج الذي اقترحه تشارلز ويتستون حول حمل الأثير موجات الضوء بزاوية متعامدة في إطار زيادة الطول الموجي.

نتيجة لهذه الأبحاث، توصل Huygens إلى اعتقاد حول اهتزاز الأثير في نفس الاتجاه، ووصف أيضًا كيف تنتج كل موجة ضوئية موجاتها الخاصة، والتي تضاف لاحقًا لتشكيل مقدمة الموجة، واعتمد على تلك النظرية في إنتاج نظرية ظاهرة انكسار الضوء وشرح سبب عدم اصطدام الأشعة الضوء بينهما عند تقاطع المسارات، وعندما يمر الضوء من خلال ثقب ضيق، يبدأ الشعاع بالانتشار، ويتوسع أكثر من المتوقع.، مما يضفي قدرًا كبيرًا من المصداقية على نظرية موجة الضوء.

والى هنا عزيزي القارئ نكون قد توصلنا الى ختام مقالتنا التي جاء بها كافة المعلومات بالتفصيل حول العلاقة بين الطول الموجي والتردد، حيث قمنا من خلال سطور هذه المقالة بالتعرف على العلاقة بين الطول الموجي والتردد.