波速公式 v=fλ 是什麼?
波在傳播時,波速(v)等於頻率(f)乘以波長(λ),寫成公式就是 。頻率是每秒振動的次數,單位是赫茲(Hz);波長是一個完整波的長度,單位是公尺(m);相乘之後得到的波速單位就是每秒公尺(m/s)。這是台灣國中理化「波動」單元的核心公式,聲波與水波的計算幾乎都從這裡出發。
把這條式子移項,就能得到三種常見用法,也就是上面計算機的三個模式:
- 已知頻率與波長求波速:
- 已知波速與波長求頻率:移項成
- 已知波速與頻率求波長:移項成
頻率和波長是相乘,不是相加
波速公式是三個量的乘除關係,很多人一緊張就把 f 和 λ 相加,這是最常見的錯誤。求波速一定是頻率乘波長;反推頻率或波長時,是用波速去除以另一個量。除法要小心分母,求頻率時波長不能為 0,求波長時頻率不能為 0,否則等於除以 0,數學上沒有意義。這個計算機在這兩種情況會先擋下來,不會硬算出錯誤的數字。
單位要對齊,答案才會對
公式成立的前提是單位一致。頻率用 Hz、波長用 m,算出來的波速才是 m/s。如果題目給的是公分或毫秒,要先換算成公尺與秒再代入。舉例來說,波長 50 公分要先寫成 0.5 公尺;頻率若給的是每分鐘幾次,也要先除以 60 換成每秒。單位沒對齊是段考失分的大宗,代數字前先檢查一次會省很多麻煩。
常見易錯點
- 把頻率和波長相加。波速是 f 乘 λ,不是 f 加 λ。
- 反推時除錯方向。求頻率是波速除以波長,求波長是波速除以頻率,分子都是波速。
- 單位沒換算,波長還是公分、頻率還是每分鐘就直接代入。
- 把週期(T)當成頻率。頻率是每秒次數,週期是一次要幾秒,兩者互為倒數。
- 以為頻率變大波速就變大。在同一介質中波速大致固定,頻率變大時波長會跟著變小。
範例詳解
m/s。這剛好接近常溫下空氣中的聲速。
移項成 Hz。用波速除以波長,分子是波速。
m。1500 m/s 大約是聲音在水中的速度,比在空氣中快很多。
常見問題
頻率和波長是什麼關係?
在同一個介質裡波速大致固定,這時頻率和波長成反比:頻率越高波長越短,頻率越低波長越長,兩者相乘會維持一樣的波速。所以高音(高頻)的波長短,低音(低頻)的波長長。
聲速大概是多少?
常溫(約攝氏 15 到 25 度)的空氣中,聲速大約是每秒 340 公尺。溫度越高聲速越快。聲音在水中約每秒 1500 公尺、在鋼鐵等固體中更快,介質越緊密聲速通常越大。
Hz(赫茲)是什麼意思?
赫茲是頻率的單位,代表每秒振動或每秒通過的完整波數。1 Hz 就是每秒 1 次,20 Hz 就是每秒 20 次。人耳大約能聽到 20 Hz 到 20000 Hz 的聲音,低於 20 Hz 是次聲波,高於 20000 Hz 是超聲波。
波速會因為頻率改變嗎?
在同一種介質裡,波速主要由介質性質決定,跟頻率關係不大。你把頻率調高,波長會自動變短來維持波速。要讓波速改變,通常是換介質或改變介質狀態(例如空氣溫度變化)。
週期和頻率一樣嗎?
不一樣,兩者互為倒數。頻率 f 是每秒幾次,週期 T 是一次要幾秒,關係是 f = 1 除以 T。例如週期 0.5 秒,頻率就是 2 Hz。代入波速公式時要用頻率,不能直接把週期當頻率。
※ 本工具為學習輔助用途,計算方式依台灣國中理化課程常見教法設計。作業與考試請以老師教學與課本為準。