Что такое лямбда в физике: определение

Автор Ирина Крылова December 16, 2023

Лямбда (λ) - буква греческого алфавита, которая используется в физике для обозначения длины волны. Длина волны - это одна из фундаментальных характеристик любого вида волн, будь то звуковые, световые, радиоволны или другие.

В чем измеряется лямбда в физике

Длина волны обычно измеряется в метрах (м) или его производных единицах - миллиметрах (мм), сантиметрах (см) и так далее. Иногда используются также ангстремы (1 ангстрем = 0,1 нанометра) и нанометры, особенно при описании свойств света и других электромагнитных волн.

Как связана длина волны со скоростью и частотой

Между длиной волны λ, скоростью распространения волны v и частотой колебаний источника волн f существует простая связь, которая выражается формулой:

λ = v / f

Где:

λ - длина волны, м
v - скорость распространения волны, м/с
f - частота колебаний источника, Гц

Эта формула показывает, что чем выше частота колебаний источника, тем меньше длина создаваемой им волны, и наоборот.

Лямбда в физике формула

Для удобства расчетов длину волны часто выражают через период колебаний T:

λ = v * T

Где Т - период колебаний источника волн, с.

Зависимость свойств волн от длины волны

Длина волны во многом определяет основные свойства распространяющихся волн - их способность огибать препятствия, отражаться от различных поверхностей, преломляться и так далее. Например:

Длинные радиоволны могут огибать крупные препятствия и распространяться на большие расстояния, в то время как короткие волны быстро затухают.
Волны видимого света взаимодействуют с мелкими частицами вещества, вызывая его окрашивание.
Рентгеновские лучи проникают сквозь мягкие ткани, но задерживаются плотными костями.

Таким образом, зная длину волны излучения или колебаний, можно прогнозировать особенности их взаимодействия с окружающей средой.

Длина волны и энергия фотонов

В квантовой физике длина волны света связана с энергией фотонов - частиц, которые представляют собой "порции" электромагнитного излучения. Энергия фотона E прямо пропорциональна частоте света f и обратно пропорциональна длине волны λ:

E = h*f = h*c/λ

Здесь h - постоянная Планка, а c - скорость света. Это уравнение показывает, что фотоны высокочастотного (коротковолнового) света, вроде ультрафиолетового или рентгеновского излучения, несут большую энергию, чем низкочастотные длинноволновые фотоны.

Применение параметра длины волны в физике

Понятие длины волны широко используется во всех областях физики, связанных с изучением волновых явлений и процессов переноса энергии в пространстве. Вот лишь некоторые примеры такого применения:

Акустика - исследование свойств звуковых волн в зависимости от их длины (низкие и высокие тона).
Оптика - изучение взаимодействия электромагнитного излучения разной длины волны со средой.
Атомная и ядерная физика - анализ спектров испускания и поглощения веществ.
Физика твердого тела - исследование электронных свойств металлов и полупроводников.

Знание длины волны позволяет ученым анализировать природу колебаний и волн, рассчитывать их энергию, предсказывать особенности распространения и взаимодействия с другими объектами.

Длина волны λ	10 м
Скорость волны v	300 000 000 м/с (скорость света)
Период колебаний T	λ/v = 10/300000 000 = 33*10^-9 с
Частота колебаний f	1/T = 1/3310^-9 = 3010^9 Гц

В таблице показан пример расчета периода и частоты колебаний источника электромагнитных волн с длиной волны 10 м. Хотя на практике не встречаются световые волны такой большой длины, расчет наглядно демонстрирует применение формул, связывающих основные характеристики волн.

Различные диапазоны длин волн электромагнитного спектра

В зависимости от величины длины волны, электромагнитные излучения делятся на несколько диапазонов, каждый из которых имеет свои особенные свойства:

Радиоволны - самые длинноволновые излучения, длина волны от десятков тысяч километров до миллиметра.
Микроволны - длина волны от миллиметра до сантиметра, используются в радиолокации, сотовой связи и бытовых микроволновых печах.
Инфракрасное излучение - длина волны от 0,7 микрона до 1 миллиметра, невидимо для глаз, но ощущается как тепло.
Видимый свет - длина волны от 380 до 760 нанометров, вызывает зрительные ощущения в глазах человека.
Ультрафиолет - длина волны от 10 до 380 нанометров, невидим, но вызывает загар и ожоги кожи.
Рентгеновское излучение - длина волны от 0,01 до 10 нанометров, способно проникать сквозь ткани тела.
Гамма-излучение - самые короткие волны, длина меньше 0,01 нанометра, обладают наибольшей проникающей способностью.

Зависимость скорости электромагнитных волн от среды распространения

Хотя в вакууме все электромагнитные волны распространяются с одинаковой скоростью света c = 300 000 км/с, в различных средах их скорость может снижаться. Это приводит к уменьшению частоты волн и увеличению длины волны согласно формуле:

λ = v / f

Например, в воде радиоволны длиной 10 м будут иметь длину около 15 м, а рентгеновские лучи с λ=0,01 нм - длину 0,015 нм. Такое замедление волн и "раздвигание" их спектра используется в некоторых приборах.

Дифракция и интерференция волн разной длины

Явления дифракции и интерференции, характерные для всех типов волн, также зависят от их длины. Длинные волны (метрового диапазона) способны огибать достаточно крупные препятствия и формировать выраженную дифракционную картину позади сравнимых по размерам щелей.

В то же время короткие рентгеновские волны практически не дифрагируют на мелких объектах, зато дают четкую интерференционную картину от систем тонких пластинок или кристаллических решеток с периодом в нанометры.

Волновые свойства микрочастиц

Согласно квантовой механике, волновыми свойствами обладают не только фотоны, но и материальные микрообъекты - электроны, атомы, молекулы. Их длина волны определяется массой частицы m и ее скоростью v:

λ = h / (m * v)

Где h - все та же постоянная Планка. Электроны и другие легкие частицы могут находиться одновременно в состоянии частицы и волны. Это волновое поведение проявляется, в частности, при дифракции пучков частиц на кристаллических решетках.

Практическое использование волн разной длины

Каждый участок электромагнитного спектра, обладая уникальным набором длин волн и соответствующих им свойств, находит свое специфическое применение на практике: