Częstotliwość to miara tego, jak często dane zdarzenie powtarza się w określonym czasie — najczęściej podaje się ją jako liczbę cykli na sekundę.
W fizyce, częstotliwość fali to liczba grzebieni fal, które przechodzą przez dany punkt w ciągu jednej sekundy (grzebień fali to szczyt fali). Jednostką częstotliwości jest Hertz (Hz), gdzie 1 Hz = 1 cykl/s.
Zależności i podstawowe wzory
Podstawowa zależność dla fal jednowymiarowych łączy prędkość fali v, długość fali λ i częstotliwość f:
f = v / λ {\i1}Displaystyle f=v /\i1}lambda {\i0} 
W równoważnej formie: v = f·λ oraz λ = v / f. Okres fali T (czas jednego cyklu) jest odwrotnością częstotliwości:
f = 1 / T.
Dla opisu oscylacji w fizyce używa się też często częstości kołowej ω, powiązanej z częstotliwością poprzez:
ω = 2πf.
Dla fal elektromagnetycznych w próżni obowiązuje szczególny wzór:
f = c / λ {\i1}styk stylistyczny f=c/\i0}lambda
, gdzie c to prędkość światła w próżni (c ≈ 3·10^8 m/s).
W ośrodkach materialnych prędkość fali elektromagnetycznej jest mniejsza niż c i zależy od współczynnika załamania n: v = c / n, stąd f = v / λ = (c / n) / λ.
Jednostki i przedrostki
Częstotliwość wyraża się w Hz. Dla wygody używa się przedrostków SI:
- kHz (kilohertz) = 10^3 Hz,
- MHz (megahertz) = 10^6 Hz,
- GHz (gigahertz) = 10^9 Hz,
- THz (terahertz) = 10^12 Hz.
Przykłady i typowe zakresy
Różne rodzaje fal mają bardzo różne częstotliwości i długości fal:
- Fale dźwiękowe słyszalne dla człowieka: około 20 Hz – 20 kHz (prędkość dźwięku w powietrzu w temperaturze 20 °C ≈ 343 m/s).
- Fale radiowe i mikrofalowe: od kilkuset Hz do GHz i dalej (np. fale FM: około 88–108 MHz; Wi‑Fi: 2,4 GHz i 5 GHz).
- Światło widzialne: długości fal około 380–750 nm odpowiadają częstotliwościom rzędu ≈ 4·10^14 – 7,5·10^14 Hz.
- Promieniowanie podczerwone, ultrafiolet, rentgenowskie i gamma: kolejno wyższe częstotliwości (krótsze długości fal) w spektrum elektromagnetycznym.
Obliczenia — dwa proste przykłady
1) Dźwięk o częstotliwości 440 Hz (ton A). Zakładając prędkość dźwięku v ≈ 343 m/s:
λ = v / f = 343 m/s / 440 Hz ≈ 0,78 m.
2) Światło o długości fali λ = 500 nm (500·10^-9 m). W próżni:
f = c / λ ≈ (3·10^8 m/s) / (500·10^-9 m) = 6·10^14 Hz (600 THz).
Uwagi praktyczne
- Wszystkie fale elektromagnetyczne poruszają się z prędkością światła w próżni, ale poruszają się z mniejszą prędkością, gdy przechodzą przez ośrodek materialny (zależnie od współczynnika załamania).
- Inne fale, takie jak fale dźwiękowe, poruszają się ze znacznie niższą prędkością i nie mogą rozchodzić się w próżni.
- Przykładami fal elektromagnetycznych są: fale świetlne, radiowe, promieniowanie podczerwone, mikrofale i fale gamma.
Znajomość zależności f = v / λ oraz f = 1 / T pozwala szybko przechodzić między częstotliwością, długością fali i okresem oraz stosować te zależności w praktycznych obliczeniach dotyczących akustyki, optyki i technologii komunikacyjnych.
