Bước sóng là gì? Công thức tính bước sóng, phân loại và ứng dụng thực tiễn

Khái niệm bước sóng

Bước sóng là gì? (hay, bước sóng ánh sáng là gì?)

Bước sóng là khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm dao động cùng pha trên một sóng hoặc là khoảng cách giữa hai đỉnh sóng, nơi mà sóng đạt giá trị lớn nhất. Nó cũng có thể diễn tả là khoảng cách giữa hai cấu trúc lặp lại của sóng. 

Ký hiệu của bước sóng thường được viết tắt bằng chữ Hy Lạp lambda (λ).

Công thức tính bước sóng

Dưới đây là chi tiết các công thức tính bước sóng qua chu kỳ, dựa vào tần số, trong quang hình, hay công thức tính bước sóng với sóng hạt. Mời bạn tham khảo!

Công thức tính bước sóng qua chu kỳ

Để tính bước sóng dựa trên chu kỳ, chúng ta sử dụng công thức sau:

λ = v.T = v/f

Trong đó:

• λ là bước sóng (đơn vị: mét).

• v là vận tốc lan truyền của sóng trong môi trường đó (đơn vị: mét/giây).

• T là chu kỳ của sóng (đơn vị: giây).

• f là tần số của sóng (đơn vị: Hz, hoặc số lần dao động trong một giây).

Công thức này giúp chúng ta tính toán bước sóng dựa trên thông tin về chu kỳ, hoặc ngược lại, từ tần số của sóng.

Công thức tính bước sóng dựa vào tần số

Để tính bước sóng dựa vào tần số, chúng ta sử dụng công thức:

λ = v/f

Trong đó:

• λ là bước sóng (đơn vị: mét).

• v là vận tốc lan truyền của sóng trong môi trường đó (đơn vị: mét/giây).

• f là tần số của sóng (đơn vị: Hz, hoặc số đỉnh sóng đi qua một điểm trong một đơn vị thời gian).

Công thức tính bước sóng trong quang hình

Để tính bước sóng trong môi trường quang học, chúng ta sử dụng công thức:

λ = λ0/n

Trong đó:

• λ là bước sóng trong môi trường khác với chân không (đơn vị: mét).

• λ0 là bước sóng trong chân không (đơn vị: mét).

• n là chỉ số khúc xạ của môi trường, là tỉ lệ giảm vận tốc ánh sáng so với trong chân không.

Trong nhiều trường hợp, khi không được nói cụ thể, bước sóng của bức xạ điện từ thường được hiểu là bước sóng trong chân không.

Công thức tính bước sóng với sóng hạt

Được đề xuất bởi nhà vật lý người Pháp Louis-Victor de Broglie, khám phá quan trọng này đã mở ra một góc nhìn mới về tính chất sóng của các hạt. Theo đó, mọi hạt với động lượng p có thể được coi như một "chùm sóng" được gọi là sóng de Broglie. Công thức để tính bước sóng của sóng de Broglie được biểu diễn như sau:

λ = h/p

Trong đó:

• λ là bước sóng của sóng de Broglie (đơn vị: mét).

• h là hằng số Planck (đơn vị: joule giây).

• p là động lượng của hạt.

Công thức này cho biết rằng bước sóng của sóng de Broglie tỉ lệ nghịch với động lượng của hạt. Điều này có nghĩa là các hạt có động lượng cao sẽ có bước sóng ngắn hơn, và do đó, năng lượng của chúng cũng cao hơn.

Các bài viết không thể bỏ lỡ

Cán cân bức xạ là gì? Thành phần và công thức tính cán cân bức xạ

Bức xạ điện từ là gì? Khái niệm, đặc điểm, phân loại và ứng dụng thực tế

Bức xạ là gì? Từ định nghĩa đến ứng dụng thực tế

Các loại bước sóng ánh sáng

Hiện nay, khoa học đã phát hiện ra nhiều loại bước sóng ánh sáng có trong tự nhiên. Một số loại phổ biến nhất có thể kể đến như:

Vùng ánh sáng nhìn thấy được (vùng khả kiến)

Vùng ánh sáng nhìn thấy được, hay còn được gọi là vùng khả kiến, là phạm vi của bước sóng ánh sáng từ khoảng 380 đến 760 nm. Đây được xem là phạm vi mà mắt con người có khả năng nhìn thấy được. Vùng khả kiến được phân chia thành các phân vùng nhỏ, mỗi phân vùng có một màu sắc đặc trưng, như sau:

• Tím: Từ khoảng 360 đến 450 nm.

• Xanh lam: Từ khoảng 450 đến 500 nm.

• Xanh lục: Từ khoảng 500 đến 570 nm.

• Vàng: Từ khoảng 570 đến 591 nm.

• Cam: Từ khoảng 591 đến 610 nm.

• Đỏ: Từ khoảng 610 đến 760 nm.

Các màu sắc này phản ánh sự biến đổi của bước sóng ánh sáng và tương ứng với cảm giác màu sắc mà con người có thể nhận thức được.

Vùng hồng ngoại (IR)

Vùng hồng ngoại (IR) đóng vai trò quan trọng trong nhiều khía cạnh của cuộc sống hàng ngày. Đặc biệt, nó là một yếu tố không thể thiếu đối với sự phát triển bình thường của cây trồng. Ngoài ra, bức xạ hồng ngoại cũng được áp dụng phổ biến trong các thiết bị gia dụng, như tín hiệu điều khiển từ xa cho TV hoặc hệ thống đèn chiếu sáng ban đêm cho camera an ninh.

Tia hồng ngoại có phạm vi bước sóng từ khoảng 760 nm đến 1 milimet (1 triệu nm). Trong các ứng dụng như đèn trồng cây, chỉ có vùng đỏ xa trong vùng hồng ngoại được sử dụng, từ khoảng 730 đến 760 nm. Điều này đặc biệt quan trọng vì bước sóng trong vùng này được biết đến là có tác động tích cực đối với quá trình sinh trưởng của cây trồng.

Vùng cực tím (UV)

Vùng cực tím (UV) là phạm vi của bước sóng ánh sáng nằm từ 100 nm đến 400 nm. Bức xạ cực tím có cả những tác động có hại và có lợi đối với sinh vật sống. May mắn là hầu hết các tia cực tím có hại từ Mặt Trời đã bị bầu khí quyển chặn trước khi đến mặt đất. 

Vùng cực tím thường được chia thành ba phân vùng dựa trên mức độ gây hại của nó:

• UV-A: Đây là loại UV ít gây hại nhất và một phần lớn của nó được hấp thụ bởi khí quyển. Nó có phạm vi bước sóng từ 315 nm đến 400 nm.

• UV-B: Loại này gây hại nhiều hơn UV-A và được hấp thụ phần lớn bởi khí quyển. Phạm vi bước sóng của UV-B từ 280 nm đến 315 nm.

• UV-C: UV-C là loại cực tím gây tổn thương nghiêm trọng cho tế bào. Nó được sử dụng trong các ứng dụng khử khuẩn. UV-C bị khí quyển hấp thụ hoàn toàn và có phạm vi bước sóng từ 100 nm đến 280 nm.

Các vùng bức xạ khác

Dưới đây là một số vùng bức xạ khác ngoài vùng ánh sáng mà chúng ta thường biết:

• Vùng bức xạ Gamma: Có phạm vi bước sóng từ 0.00001 nm đến 0.001 nm.

• Vùng tia X: Có phạm vi bước sóng từ 0.001 nm đến 0.1 nm.

• Vùng Microwave: Có phạm vi bước sóng từ 1.000.000 nm đến 15.000.000 nm.

• Vùng vô tuyến (radio): Có phạm vi bước sóng từ 100.000 nm đến 100.000.000.000 nm.

Các vùng bức xạ này chơi một vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của khoa học và công nghệ, từ y tế đến viễn thông và nghiên cứu vũ trụ.

Xem thêm: Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng gì? Hiện tượng giao thoa hai ánh sáng đơn sắc là gì?

Ứng dụng của khái niệm bước sóng trong thực tế

Khái niệm bước sóng đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực khoa học và kỹ thuật, mang đến những ứng dụng thiết thực cho cuộc sống. Cụ thể như:

• Truyền thông vô tuyến: Sóng radio với bước sóng dài được sử dụng trong truyền thông AM và FM, cho phép truyền tín hiệu âm thanh qua các khoảng cách xa. Trong khi đó, sóng vi ba có bước sóng ngắn hơn được dùng cho truyền hình, radar và mạng di động, cung cấp khả năng truyền tải dữ liệu tốc độ cao.

• Y học: Tia X có bước sóng ngắn, năng lượng cao được ứng dụng trong chụp X-quang để chẩn đoán bệnh lý. Còn chụp MRI sử dụng sóng vô tuyến tần số cao để tạo hình ảnh chi tiết bên trong cơ thể con người.

• Khoa học vật liệu: Phân tích quang phổ dựa vào việc đo bước sóng ánh sáng hấp thụ hoặc phát ra bởi các nguyên tử, giúp xác định thành phần hóa học của vật liệu. Ngoài ra, kính hiển vi điện tử sử dụng chùm electron có bước sóng rất ngắn để quan sát cấu trúc vật chất ở cấp độ nguyên tử.

• Công nghệ viễn thông: Sóng hồng ngoại với bước sóng dài được dùng trong điều khiển từ xa, hệ thống an ninh và truyền dữ liệu tốc độ cao. Bên cạnh đó, ánh sáng nhìn thấy có bước sóng nằm trong dải quang phổ mà mắt người có thể cảm nhận, đóng vai trò quan trọng trong truyền thông quang học, mạng cáp quang và công nghệ hiển thị.

• Khí tượng học: Ta có radar thời tiết sử dụng sóng vô tuyến để đo tốc độ và hướng di chuyển của các đám mây, giúp dự báo thời tiết chính xác. Ngoài ra, vệ tinh khí tượng sử dụng các cảm biến đo bức xạ điện từ ở nhiều bước sóng khác nhau để theo dõi các hiện tượng khí tượng và biến đổi khí hậu.

Như vậy, thông qua bài viết này bạn đã hiểu thêm về khái niệm bước sóng hay bước sóng ánh sáng, cũng như công thức tính toán và các ứng dụng của chúng trong đời sống thực tiễn. Hy vọng những kiến thức mà Monkey đã cung cấp trên đây là hữu ích với bạn.