Bước sóng là gì? Khái niệm cơ bản và cách con người hiểu về sóng

(Website tài trợ bởi: cong tu dong)
“Bước sóng là gì?” – Đây là một câu hỏi được rất nhiều người quan tâm khi tìm hiểu về vật lý, sóng điện từ, ánh sáng hay các dạng bức xạ trong đời sống. Không chỉ học sinh – sinh viên mà cả những người làm kỹ thuật, truyền thông, điện tử… đều phải hiểu rõ bước sóng để áp dụng vào công việc. Khi nhắc đến bước sóng, người ta thường đặt ra thêm nhiều câu hỏi liên quan như: Tia X có bước sóng bao nhiêu? Công thức tính bước sóng điện từ là gì? Ánh sáng nhìn thấy có bước sóng trong khoảng nào?

Bước sóng là gì?

​

Để hiểu một cách đơn giản nhất, bước sóng là khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm dao động cùng pha trên sóng. Hai điểm này có thể là hai đỉnh sóng liên tiếp, hai đáy sóng liên tiếp hoặc hai vị trí có cấu trúc lặp lại hoàn toàn. Trong ký hiệu khoa học, bước sóng được biểu diễn bằng ký tự lambda (λ).

Một cách giải thích dễ hiểu khác: bước sóng là quãng đường mà sóng truyền được trong một chu kỳ dao động. Chu kỳ (T) là thời gian để sóng lặp lại trạng thái cũ, ví dụ đi từ đỉnh sóng → đáy sóng → trở lại đỉnh sóng. Vì vậy, bước sóng chính là chiều dài của “một nhịp sóng”.

Khi nghiên cứu về sóng điện từ, sóng âm, sóng nước hay ánh sáng, khái niệm bước sóng luôn xuất hiện vì nó ảnh hưởng đến:

• năng lượng của sóng,
• khả năng xuyên thấu,
• độ lan truyền,
• khả năng phát hiện bằng mắt thường,
• ứng dụng trong y học, công nghiệp, truyền thông và kỹ thuật.

Hiểu rõ “bước sóng là” gì giúp chúng ta nắm bắt được cách các bức xạ hoạt động, từ tia gamma cực mạnh cho đến ánh sáng thường ngày mà mắt người nhìn thấy.

Công thức tính bước sóng điện từ và phân loại bước sóng trong tự nhiên

Để nghiên cứu sâu hơn, chúng ta cần biết cách tính bước sóng. Có hai công thức cơ bản nhất:

​

1. Công thức tính bước sóng theo chu kỳ
λ=v×T\lambda = v \times Tλ=v×T

• λ: bước sóng
• v: vận tốc lan truyền
• T: chu kỳ dao động

Chu kỳ T cho biết sóng mất bao lâu để hoàn thành một lần dao động, vì vậy khi nhân với vận tốc, ta sẽ biết chiều dài sóng trên thực tế.

2. Công thức tính bước sóng theo tần số
λ=vf\lambda = \frac{v}{f}λ=fv

• f: tần số, số lần dao động trong một giây

Công thức này cho thấy tần số càng lớn thì bước sóng càng nhỏ, và ngược lại.

Vận tốc lan truyền của sóng
Vận tốc của sóng phụ thuộc vào môi trường:

• Trong không khí: thay đổi tùy loại sóng
• Trong nước: lớn hơn âm thanh trong không khí
• Trong chân không: lớn nhất, sóng điện từ lan truyền với vận tốc ánh sáng

c=3×108 m/sc = 3 \times 10^8 \text{ m/s}c=3×108 m/s
Nhờ tính chất này mà người ta có thể xác định được các loại bức xạ điện từ trong tự nhiên.

Bước sóng của các loại bức xạ điện từ
Dựa vào đặc tính vật lý, sóng điện từ được chia ra nhiều loại khác nhau. Dưới đây là các nhóm phổ biến:

Sóng vô tuyến
→ Bước sóng từ 1 m đến 100.000 km
→ Dùng trong radio, truyền hình, GPS.

Sóng vi ba (microwave)
→ Bước sóng 1 mm đến 1 m
→ Ứng dụng: Wi-Fi, radar, lò vi sóng.

Tia hồng ngoại (IR)
→ Bước sóng 380 nm – 760 nm
→ Dùng trong điều khiển TV, cảm biến nhiệt, camera nhiệt.

‍ Ánh sáng nhìn thấy
→ Bước sóng 760 nm – 1 mm
→ Chính là ánh sáng mà mắt người cảm nhận.

☀️ Tia tử ngoại (UV)
→ Bước sóng 10 nm – 380 nm
→ Ứng dụng: khử khuẩn, soi tiền, nghiên cứu hóa học.

Tia X (X-ray)
→ Bước sóng 0,01 – 10 nm
→ Dùng trong y tế, kiểm tra vật liệu.

☢ Tia gamma
→ Bước sóng < 0,01 nm
→ Có năng lượng cực lớn, xuất hiện trong phản ứng hạt nhân.

Các loại bức xạ này đều có đặc tính chung là lan truyền được trong chân không, khác với sóng âm phải có môi trường truyền.

Bước sóng ánh sáng nhìn thấy – phổ mà mắt người nhận biết được
Con người chỉ nhìn thấy được một phần nhỏ trong phổ sóng điện từ. Phần đó được gọi là ánh sáng khả kiến, nằm trong khoảng:➡ 380 nm – 760 nm

Trong khoảng này, ánh sáng được chia thành các màu:

• Tím: 380–440 nm
• Chàm: 430–460 nm
• Lam (xanh dương): 450–510 nm
• Lục: 500–575 nm
• Vàng: 570–600 nm
• Cam: 590–650 nm
• Đỏ: 640–760 nm

Ánh sáng đỏ có bước sóng dài nhất, ánh sáng tím ngắn nhất. Điều này cũng giải thích tại sao ánh sáng tím có năng lượng cao hơn ánh sáng đỏ dù cả hai đều nằm trong dải nhìn thấy.

Ứng dụng thực tế của kiến thức bước sóng và vai trò trong đời sống – kỹ thuật
Khi hiểu rõ “bước sóng là” gì, chúng ta có thể lý giải nhiều hiện tượng và công nghệ quen thuộc xung quanh mình.

​

1. Trong truyền thông – viễn thông

• Sóng vô tuyến truyền tín hiệu radio
• Sóng vi ba truyền tải Wi-Fi, Bluetooth
• Sóng cực ngắn dùng trong vệ tinh, radar

Điều chỉnh bước sóng chính là cách để thiết bị tránh nhiễu và truyền tín hiệu chính xác.

2. Trong y học

• Tia X dùng để chụp X-quang
• Tia gamma được ứng dụng trong xạ trị
• Hồng ngoại dùng trong đo thân nhiệt, trị liệu nóng

Năng lượng tỉ lệ nghịch với bước sóng, nên bước sóng càng ngắn → năng lượng càng mạnh → ứng dụng trong chẩn đoán sâu.

3. Trong công nghiệp và vật liệu

• Laser đỏ, laser xanh sử dụng bước sóng riêng
• Hệ thống cảm biến từ xa hoạt động dựa trên tia hồng ngoại
• Công nghệ quang học, camera, máy chiếu… đều dựa vào bước sóng ánh sáng

4. Trong vật lý – thiên văn
Sóng vô tuyến giúp quan sát thiên hà
Tia gamma giúp nghiên cứu phản ứng vũ trụ
Ánh sáng khả kiến để đo lường hiện tượng khí quyển

5. Trong đời sống hàng ngày

• Điều khiển TV dùng tia hồng ngoại
• Lò vi sóng dùng sóng vi ba
• Wi-Fi, 4G, 5G là sóng điện từ tần số cao
• Màu sắc đồ vật phụ thuộc bước sóng ánh sáng phản xạ

Bước sóng xuất hiện trong hầu hết mọi thiết bị điện tử mà chúng ta sử dụng mỗi ngày.

Công ty TNHH TTTT Global
Địa chỉ: Landmark 4, Vinhomes Central Park, 720A Điện Biên Phủ, P.Thạnh Mỹ Tây, TP.HCM, Việt Nam
Website: https://ttttglobal.com
Email: info@ttttglobal.com
Điện thoại: 0286 2728334