¿Por qué la frecuencia de la luz permanece constante cuando pasa a través de diferentes medios?

Primero considere la luz como un flujo de partículas, llamados fotones . La energía de un fotón singular se puede escribir como:

E = hv (donde v es la frecuencia yh es la constante de planck)

El fotón es una partícula cuántica y no se puede dividir en partes. Por lo tanto, tiene una energía constante proveniente de la fuente. Para satisfacer la ecuación (¡y Maxwell!), La frecuencia también debe permanecer constante, independientemente del medio.

Puede obtener una sensación intuitiva de este fenómeno al observar una onda electromagnética real que se cruza en un medio con un índice de refracción diferente.

La forma de onda verde representa una onda que va desde un medio de alto índice de refracción a un medio de bajo índice. Como puede ver, la longitud de onda cambia a una longitud de onda más corta.

La forma de onda roja es una onda hipotética que cambia la frecuencia según los medios. Como puede ver, hay una discontinuidad a través de la frontera.

Una forma útil de imaginar esto es la cantidad de ondas que se envían a través de la frontera. Si bien es posible que pueda cambiar el tamaño de las olas a medida que cruzan el borde, no puede cambiar el número de olas que cruzan el borde en un momento dado. El número de ondas que cruzan debe ser igual a cada lado del borde para que sea continuo.

Imágenes: http://maranelda.org/tmp/waves.html

La frecuencia de la luz depende de su energía, y viceversa.

[matemáticas] E = h \ nu [/ matemáticas]

Por lo tanto, para cambiar la frecuencia de la luz, se debe cambiar la energía.
Pero la luz está cuantificada , no puede perder ni ganar su energía parcialmente, esto significa que la frecuencia de la luz no debe cambiarse.

En lugar de darle ecuaciones y decir que la ecuación es la razón por la que algo sucede en la naturaleza, trataré de explicar por qué la frecuencia de la luz permanece igual a medida que pasa a través de diferentes medios como una “causa y efecto”.

1. La luz está hecha de partículas llamadas fotones.
2. Los fotones tienen una energía distinta que no cambia con la ubicación. Entonces, un fotón puede viajar grandes distancias y mantener el mismo contenido de energía.
3. Entonces, ¿cuál es la energía del fotón? Es la magnitud de la fuerza que causa oscilaciones en amplitud como un campo electromagnético. Es esta fuerza la que permanece constante independientemente de la ubicación del fotón.
4. La función de onda de la luz corresponde a la oscilación del fotón.
5. La velocidad o desplazamiento del fotón corresponde a la longitud de onda del fotón (energía del fotón). Ver la teoría de la onda piloto de De Broglie-Bohm.
6. Aquí está la patada, la energía de estrés del espacio no es la misma en todas las ubicaciones. El cambio en la propagación de la luz en un medio se llama índice de refracción. El índice de refracción es directamente proporcional a la “rigidez” o “constante de resorte” del espacio en ese material (tensor de energía de tensión).

Para ponerlo todo junto, ya que la energía del fotón no cambia pero la tensión del espacio no siempre es la misma, la amplitud del campo electromagnético del fotón cambia, provocando un cambio en el período de oscilación, causando un cambio en el número de ondas. (cambios de longitud de onda). Por lo tanto, la frecuencia sigue siendo la misma, pero la longitud de onda y la velocidad de la luz cambian (velocidad de fase).

Antes de rechazar la votación, agregue un comentario a continuación para darme la oportunidad de corregir o explicar mejor. Estoy escribiendo esto mientras estoy en el trabajo y no puedo entrar en detalles ahora.

Relación entre desplazamiento, velocidad, frecuencia y aceleración durante el movimiento sinusoidal

“Ecuaciones para movimiento sinusoidal: desplazamiento (D), velocidad (V), aceleración (A) y frecuencia (F), G en estas fórmulas no es la aceleración de la gravedad. G es 9.80665 m / s²”

Considere cada cresta de una ola como una “marca”.

Ahora, si la frecuencia de una ola puede cambiar a medida que la ola cruza desde un medio donde las olas viajan a una velocidad, a otro medio donde las olas viajan a una velocidad diferente, entonces el número de garrapatas que atraviesan el primer medio no sería igual al número de garrapatas que atraviesan el segundo medio.

• Si hay más garrapatas entrando que saliendo, ¿dónde desapareció el exceso de garrapatas?
• Si hay menos garrapatas entrando que saliendo, ¿de dónde provienen las garrapatas adicionales?

Ver también: la respuesta de Thomas Yee a ¿Por qué la frecuencia de la luz monocromática es la misma para todos los medios transparentes?

Cuando la luz se mueve de un medio a otro, su energía no cambia (el número de oscilaciones por segundo de la onda), pero el cambio en el medio resulta en un alargamiento o acortamiento de la distancia entre la cresta de la onda (la longitud de onda). La luz se mueve más lento o más rápido a través del medio (C en Vacío> C en Aire> C en Agua), pero la energía no cambia, por lo que la frecuencia permanece igual (y la luz sigue siendo del mismo color).

¡Hola!

En muchos casos, las personas siempre preguntan acerca de algo común, por qué la frecuencia no cambia mientras que otros parámetros sí lo hacen. Como en este caso, o en el caso de aumentar o disminuir el voltaje de CA con la ayuda de un transformador, o el sonido que pasa a través de dos medios diferentes.

Una cosa a tener en cuenta en el caso de la frecuencia, que depende del tiempo. Si el tiempo se marca / alarga o contrae / acorta en cualquier acción, entonces sucedería. Si el tiempo que tarda la luz en entrar en el medio de vidrio es menor que el tiempo que tarda en salir, entonces el número de ondas es el mismo y el tiempo se acorta, por lo que la frecuencia sería mayor en el medio de vidrio. Pero eso no es posible. Entonces la frecuencia permanece igual en tales casos.

Tomemos el caso del efecto Doppler del sonido. Cuando la fuente y el observador se acercan, el tiempo que tarda el sonido en recorrer la distancia entre ellos es más corto que la duración de su producción. Por lo tanto, la duración para escuchar una serie de ondas es menor que el tiempo necesario para producirla. Entonces la frecuencia escuchada es más alta que la original.

Entonces, en cualquier proceso, cuando el tiempo no se ve afectado, la frecuencia de la cantidad observada permanece igual.

Espero que esto ayude.

Una animación es la mejor manera de mostrar esto, pero debido a que el cargador de imágenes de Quora corrige los GIF animados por completo, tendrá que verlos externamente en Waves

La onda verde (correcta) cambia su velocidad cuando se mueve del medio menos denso al medio más denso, manteniendo su frecuencia.

La onda roja (incorrecta) cambia su frecuencia cuando se mueve del medio menos denso al medio más denso, manteniendo su velocidad (uno de los dos tiene que permanecer igual).

En cada punto de la onda verde, la posición está obviamente determinada por la posición del punto inmediatamente a la izquierda.

La onda roja tiene una discontinuidad masiva donde cruza el límite. En pocas palabras, eso no puede suceder.

La frecuencia es algo que la fuente decide.
Imagine que toma una cuerda en su mano y la mueve 5 veces en un segundo. Luego, a medida que las olas se mueven, a lo largo de la cuerda, pueden ir más despacio o más rápido dependiendo de cómo cambie el material de la cuerda. Pero independientemente de cómo cambie, en cualquier punto que verifique, el número de ondas que pasan por segundo debe permanecer 5 veces en un segundo, ¿verdad?
Una ola es básicamente millones de partículas que oscilan. Cuando haces que una partícula oscile 5 veces por segundo, hará que la siguiente también oscile con la misma frecuencia, y la siguiente y la siguiente.
Esto debería convencerlo de que la frecuencia de todas las partículas oscilantes debe permanecer fija, por lo tanto, la frecuencia de la onda también debe permanecer fija.

¡Lo mismo vale para la luz también!

Piensa en un estanque. Digamos que creo olas en algún lugar de ese estanque con mi mano o tal vez una pala. Creo exactamente una ola por segundo, o 3600 ondas cada hora. Al final del día, habré creado 86,400 olas.

Estas olas viajan a través del estanque. Dependiendo de la profundidad del agua, dependiendo de la vegetación, etc., las olas viajan a diferentes velocidades. Pero al final del día, contarás exactamente las mismas 86,400 olas que creé. De lo contrario, a menos que las olas se unan o se dividan, habrá un déficit o un superávit de ondas en alguna parte … y sería un déficit o excedente que crecerá hasta el infinito ya que no tenemos la obligación de detener este pequeño experimento después de solo uno día.

Lo mismo sucede con el campo electromagnético. Una frecuencia f significa que el campo electromagnético es arrastrado hacia adelante y hacia atrás por algo cargado f veces por segundo. Entonces se crean ondas f cada segundo. De nuevo, a menos que las ondas se unan o se dividan (eso nos llevaría al ámbito de la óptica no lineal) f ondas por segundo en un extremo del estanque significa f ondas por segundo en el otro extremo, de lo contrario, habría un excedente cada vez mayor o déficit de olas.

Mientras tanto, la distancia entre las olas (es decir, la longitud de onda) puede cambiar, para tener en cuenta la velocidad variable de viaje a través de diferentes medios.

La energía de la luz es proporcional a su frecuencia. La luz no cambia la energía (frecuencia) cuando se mueve de un medio a otro. Sin embargo, se ralentiza a medida que disminuyen la velocidad y la longitud de onda. Esto está representado por el índice de refracción que es> 1 para materiales naturales. Los nuevos materiales conocidos como metamateriales pueden tener un índice de refracción <1, lo que indica que la luz en realidad viaja más rápido que en el vacío o el aire. Sin embargo, en este caso, la frecuencia también permanece igual.

Tenemos dos ecuaciones:

• E = hv (frecuencia de la fuente)
• E = hc / Δ (Δ = longitud de onda)

Como la energía de la luz proveniente de la fuente será constante, así como “h” es constante, entonces v debería ser constante.

Pero c y Δ pueden cambiar de modo que su relación sea constante.

Otra forma de entender es:

La frecuencia es característica de un haz de luz monocromático. Entonces, no cambia, no importa a dónde vayan los rayos de luz

Porque no hay pérdida de energía para que la luz entre en otro medio. Energía = frecuencia constante * de planck, por lo tanto, no hay cambio en la frecuencia. Y dado que su longitud de onda cambia, también lo hace su velocidad; para mantener la proporción igual.

Porque se supone que no hay pérdida de energía cuando la luz pasa de un medio a otro. Aunque puede haber alguna pérdida, es insignificante. Por lo tanto, la frecuencia sigue siendo la misma.

Alguna fuente produce una onda con f ciclos por segundo. Entonces, cada segundo, los ciclos f llegan a la superficie, cambian de medio y se alejan de la superficie. ¡La frecuencia no puede cambiar! Pero si las olas cambian de velocidad, entonces la nueva longitud de onda tendrá que ser diferente.

La energía de un fotón con frecuencia f viene dada por (hf). En una interfaz, la energía total debe sumarse y esto requiere que la frecuencia permanezca constante fuera y dentro del medio. Por otro lado, la longitud de onda, lamda, depende de la velocidad de la luz en el medio y se reduce por el índice de refracción.

Porque la frecuencia es una cuestión de tiempo, no de espacio. La frecuencia se mide en el número de ondas que pasan por segundo.

Si una señal de luz experimenta 10 ciclos antes de apagarse, no conseguirá que esa señal sea de 9 u 11 ciclos en total, sin importar el medio por el que la transmita. Estas ondas pueden cambiar un poco en su longitud de onda , pero la misma cantidad de ondas seguirá ocurriendo durante la misma cantidad de tiempo.

(Ahora, si te estás moviendo lo suficientemente rápido como para que sucedan efectos relativistas, o si la luz sale de un pozo de gravedad muy fuerte, entonces diferentes observadores comenzarán a estar en desacuerdo sobre el tiempo, y la frecuencia podría cambiar entonces).

Porque la frecuencia es establecida por la fuente. Supongamos que estás hablando de una onda de radio. Su frecuencia corresponde a la frecuencia con la que los electrones oscilan en la antena transmisora. Eso no tiene nada que ver con lo que sucede más adelante, lejos de la antena. Cambiar la frecuencia de oscilación implicaría agregar longitudes de onda adicionales sin tener una fuente.

Sabemos que la velocidad no permanece constante, por lo que se encuentra entre la longitud de onda y la frecuencia.

La energía de la luz no cambia cuando pasa a través de diferentes medios. Como sabemos que la energía de la luz se puede definir como E = hf, donde h es la constante de Plancks yf es la frecuencia, entonces debemos concluir que la frecuencia no cambia.

Por lo tanto, la frecuencia de las luces permanece constante al pasar por diferentes medios.

Dado que la velocidad de las luces se puede definir como v = f [matemáticas] \ lambda [/ matemáticas] Donde f es frecuencia y [matemáticas] \ lambda [/ matemáticas] es la longitud de onda, y la velocidad de las luces cambia en diferentes medios, también debemos concluir que la longitud de onda no puede permanecer constante

Si la velocidad cambia, entonces la frecuencia, la longitud de onda o ambas deben cambiar. Como conocemos la frecuencia no, entonces eso solo deja la longitud de onda.

Si la ecuación de onda que describe la situación es lineal, entonces la dependencia del tiempo no puede cambiar, excepto por un cambio de fase. En el caso de una ecuación de onda no lineal, la dependencia del tiempo puede cambiar.

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