Ý nghĩa của công thức tần số

Biết tần số của sóng, giúp bạn đánh giá tần suất xảy ra của một sự kiện lặp lại trong một khoảng thời gian cụ thể. Để xác định tần số, bạn sử dụng cái gọi là công thức tần số.

Công thức tần số là gì?

Tần số thường được ký hiệu là f, là phép đo quan trọng để định lượng tần suất xảy ra của một sự kiện lặp lại trong một khoảng thời gian xác định. Đơn vị tần số là hertz (Hz), được đặt theo tên của Heinrich Hertz, người tiên phong trong lĩnh vực điện từ. Một hertz biểu thị một chu kỳ sóng mỗi giây.

Công thức cơ bản để tính tần số là: Tần số (f) = 1 / chu kỳ thời gian (t)

Theo toán học, bạn có thể xác định tần số f bằng cách lấy nghịch đảo của chu kỳ thời gian (t). Mối quan hệ nghịch đảo giữa tần số và chu kỳ thời gian (đôi khi được gọi là chu kỳ sóng) ngụ ý rằng khi chu kỳ thời gian tăng, tần số giảm và ngược lại.

Một công thức khác, bạn cũng có thể dùng để tính tần số: Tần số (f) = Vận tốc sóng (v) / Bước sóng (λ)

Hiểu được hai công thức tần số trên sẽ giúp bạn diễn giải được hành vi của sóng trong nhiều bối cảnh khác nhau.

Tầm quan trọng của tần số

Tần số có ý nghĩa sâu sắc trong nhiều lĩnh vực khoa học và ứng dụng thực tế khác nhau.

● Truyền thông và viễn thông: Quản lý tần số là nền tảng cơ bản của phát thanh, mạng di động và truyền thông không dây. Các hệ thống khác nhau có các băng tần khác nhau, phục vụ cho các mục đích truyền thông cụ thể, đảm bảo các tín hiệu không gây nhiễu lẫn nhau.

● Phổ điện từ: Bao gồm một dải tần số rộng, từ tần số cực thấp (ELF) đến tần số cực cao (EHF). Ánh sáng khả kiến là một phần của phổ điện từ và tần số xác định màu sắc cụ thể của ánh sáng.

● Năng lượng và rung động: Sóng có tần số cao mang nhiều năng lượng hơn trên một đơn vị thời gian so với sóng có tần số thấp. Nguyên lý này rất quan trọng trong kỹ thuật và xây dựng, nơi mà hiểu được tần số của rung động cơ học giúp đảm bảo tính toàn vẹn về mặt cấu trúc của các tòa nhà.

● Sóng âm: Với rung động cơ học, tần số là điều cốt lõi để hiểu cao độ. Sóng âm có tần số cao hơn tương ứng với âm thanh có cao độ cao hơn, trong khi sóng âm có tần số thấp hơn tạo ra âm thanh có cao độ thấp hơn.

Ví dụ về công thức tần số

Ví dụ 1: Một đài phát thanh phát sóng với tần số 98,5 megahertz (MHz). Hãy tìm chu kỳ thời gian tương ứng của một chu kỳ sóng vô tuyến.

Để tìm chu kỳ thời gian, bạn sử dụng công thức tần số:

Tần số (f) = 1 / chu kỳ thời gian (t); hay Chu kỳ thời gian (t) = 1 / tần số (f)

Thay tần số 98,5 MHz vào, bạn sẽ có:

Chu kỳ thời gian (t) = 1 / 98,5 x 10⁶ Hz ≈ 10,15 nano giây (ns)

Phép tính này giúp bạn xác định một chu kỳ sóng vô tuyến có chu kỳ thời gian xấp xỉ 10,15 nano giây.

Ví dụ 2: Dây đàn guitar rung với tần số 440 Hz khi tạo ra nốt A4. Hãy tìm bước sóng của sóng âm này trong không khí.

Để tìm bước sóng, bạn sử dụng công thức tần số:

Tần số (f) = vận tốc sóng (v) / bước sóng (λ); hay Bước sóng (λ) = vận tốc sóng (v) / tần số (f)

Tốc độ âm thanh trong không khí xấp xỉ 343 m/s. Thay tần số 440 Hz vào, bạn sẽ có:

Bước sóng (λ) = 343 m/s / 440 Hz ≈ 0,78 mét (m)

Phép tính này cho thấy bước sóng của sóng âm tạo ra nốt A4 xấp xỉ 0,78 mét trong không khí.

Các dải tần số khác nhau

Tần số có thể trải dài trên một phạm vi rộng lớn. Sau đây là ví dụ về các dải tần số khác nhau và ứng dụng của chúng:

● Sóng hồng ngoại (IR): Sóng hồng ngoại có tần số thấp hơn một chút so với ánh sáng khả kiến, được sử dụng trong điều khiển từ xa (remote), hình ảnh nhiệt.

● Vi sóng: Còn gọi là sóng vi ba, nằm trong dải tần gigahertz (GHz). Lò vi sóng, liên lạc vệ tinh và hệ thống radar sử dụng sóng vi ba.

● Sóng vô tuyến: Sóng vô tuyến có tần số từ vài hertz đến vài gigahertz (GHz). Hệ thống định vị, phát thanh, công nghệ liên lạc không dây như Wi-Fi, Bluetooth sử dụng sóng vô tuyến.

● Tia cực tím (UV): Tia cực tím có tần số cao hơn ánh sáng khả kiến. Thiết bị khử trùng, diệt khuẩn sử dụng tia UV, cường độ tia UV cao có tác động gây hại cho da.

● Ánh sáng khả kiến: Màu sắc, từ tần số thấp đến cao, bao gồm đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. Phổ màu này, mỗi màu tương ứng với một tần số cụ thể, tạo nên ánh sáng khả kiến. Hiểu được tần số ánh sáng là nền tảng của quang học và nhiếp ảnh.