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Wave frequency

Visualisierung von Frequenz und zugehöriger Funktion (Anklicken für Animation)

Die Frequenz f ist eine grundlegende physikalische Größe, sowie ein Charakteristikum von periodischen Funktionen, wie beispielsweise Sinus und Cosinus. Auch anderen, komplexere Funktionen, die einen immer wiederkehrenden Funktionsverlauf haben weisen eine Frequenz auf. Die Frequenz wird in Hertz [Hz] gemessen, was in SI-Einheiten [$ s^{-1} $] entspricht.

Definition

Die Frequenz ist definiert, als die Anzahl an Amplituden einer periodischen Funktion, die während einer Sekunde verstreichen oder passieren. Die Frequenz ist in der Physik mit den Größen der Periodendauer $ T $, der Wellenlänge $ \lambda $sowie der Ausbreitungsgeschwindigkeit $ v $der Welle wie folgt verknüpft: $ \lambda = {v} \cdot {T} = \frac {v} {f} $

Schallwellen

Schallwellen sind ein besonderer, angewandter Fall der zumeist periodischen Funktionen. Die Druckwellen eines Tons breiten sich kreisförmig aus. Hierbei ist die Frequenz die für den Menschen oft die am interessanteste Information über diese Welle, da sie die Tonhöhe bestimmt. In Luft bei ca. 20°C und einem normalen Luftdruck hat Schall die Ausbreitungsgeschwindigkeit von $ v = 343 \mathrm{m}/\mathrm{s} $. Der Mensch kann im Alter von 2 bis 5 Jahren Frequenzen in einem Bereich von 16 Hz bis ca. 20.000 Hz wahrnehmen, wobei die obere Grenze im Alter stark abnimmt. Der Kammerton a hat eine Frequenz von 440 Hz, wobei eine Oktave als Intervall immer einer Verdopplung der Frequenz gleichkommt.

Elektromagnetische Wellen

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Elektromagnetisches Spektrum

Da Licht und andere elektromagnetische Wellen eine periodische Dunktion darstellen haben auch diese eine Frequenz. Hierbei ist allerdings für die Umrechnung in Wellenlänge oder Periodendauer die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum c als zu verwendende Ausbreitungsgeschwindigkeit anzunehmen, welche 299.792.458 m/s beträgt. Diese Zahl ist exakt, da die Lichtgeschwindigkeit als Grundeinheit für andere Maßsysteme, wie die Zeit benutzt wird. Für sichtbares Licht gilt, je höher die Frequenz ist, desto blauer wird es. Sichtbares Licht fängt mit dem Bereich der niedrigsten Frequenz mit Rot an, worauf sich, wie oben gut sichbar, Orange, Gelb, Grün, Türkis, Blau und schließlich Violett anreihen.