Frecuencia (física): qué es, fórmula f=v/λ y unidades (Hz)

Frecuencia en física: qué es, fórmula f = v/λ, unidades en Hz y ejemplos (luz, sonido). Aprende a calcularla y entender su relación con la longitud de onda.

La frecuencia es la cantidad de veces que se repite un evento por unidad de tiempo. En física de ondas, la frecuencia de una onda se define como el número de crestas de onda que pasan por un punto fijo en un segundo. Cada ciclo completo de una onda (por ejemplo, de cresta a cresta) cuenta como una unidad de frecuencia.

Fórmula y unidades

La unidad de frecuencia en el Sistema Internacional es el hercio (símbolo Hz), que equivale a un ciclo por segundo (s⁻¹). La relación básica entre la velocidad de propagación de una onda (v), su longitud de onda (λ) y su frecuencia (f) se expresa mediante la fórmula

f = v / λ {\displaystyle f=v/\lambda }

donde v es la velocidad de la onda y λ (lambda) es la longitud de onda. La fórmula para ondas electromagnéticas en el vacío toma la forma

f = c / λ ,

donde c es la velocidad de la luz en el vacío (aprox. 2,998×10⁸ m/s).

Relación con el periodo y la frecuencia angular

El periodo T es el tiempo que tarda en producirse un ciclo completo; están relacionados por

• T = 1 / f
• La frecuencia angular ω (útil en oscilaciones y análisis armónico) se define como ω = 2π f.

Dimensionalmente, 1 Hz = 1 s⁻¹.

Velocidad en distintos medios y tipos de ondas

Todas las ondas electromagnéticas viajan a la velocidad de la luz en el vacío, pero su velocidad disminuye en medios materiales con índice de refracción mayor que 1; por eso para una misma frecuencia la longitud de onda cambia al entrar en otro medio. Otras ondas, como las sonoras, viajan a velocidades mucho más bajas (por ejemplo ~343 m/s en el aire a 20 °C) y no pueden propagarse en el vacío.

Ejemplos y rangos de frecuencias

• Ondas de sonido audibles para humanos: aproximadamente 20 Hz a 20 kHz.
• Radio AM: kHz (kilohertz); Radio FM: ~88–108 MHz (megahertz).
• Microondas: del orden de GHz (gigahertz).
• Ondas de luz visible: frecuencias ≈ 4×10¹⁴ Hz a 7,5×10¹⁴ Hz (longitudes de onda ≈ 400–750 nm).
• Ondas gamma: frecuencias extremadamente altas, por encima de 10¹⁹ Hz.

Algunos ejemplos de ondas electromagnéticas son: las ondas de luz, las ondas de radio, la radiación infrarroja, las microondas y las ondas gamma.

Medición y aplicaciones

La frecuencia se mide con instrumentos como contadores de frecuencia, osciloscopios y mediante técnicas de análisis de Fourier (para señales complejas). Es una magnitud fundamental en:

• Comunicaciones (selección de canales por frecuencia).
• Electrónica y circuitos resonantes.
• Acústica y procesamiento de audio.
• Espectroscopía y caracterización de radiación electromagnética.

Fenómenos relacionados

• Efecto Doppler: la frecuencia aparente cambia si hay movimiento relativo entre la fuente y el observador.
• Dispersión: en medios materiales la velocidad depende de la frecuencia, por lo que diferentes componentes frecuenciales se propagan con distinta velocidad (importante en óptica y telecomunicaciones).

Ejemplo de cálculo

Si una onda electromagnética tiene longitud de onda λ = 500 nm (verde), su frecuencia en el vacío es f = c / λ ≈ (3,00×10⁸ m/s) / (5,00×10⁻⁷ m) ≈ 6,0×10¹⁴ Hz.

En resumen, la frecuencia caracteriza cuántos ciclos por segundo tiene una onda; junto con la velocidad y la longitud de onda permite describir completamente el comportamiento ondulatorio en distintos contextos físicos.

Visualización de las ondas electromagnéticas

Los diferentes tipos de ondas electromagnéticas tienen diferentes frecuencias.

Ejemplo

Una forma de visualizar esto es si hubiera dos trenes viajando a la misma velocidad, pero el tamaño de los vagones fuera menor en un tren que en el otro. Si alguien eligiera algo que no se moviera, como un poste de señalización, y contara cuántos vagones pasan por el poste de señalización en un segundo para cada tren, sabría la frecuencia de los vagones que pasan en cada tren. El número y la frecuencia de los vagones que pasan por el poste de la señal serían diferentes, porque el tren con vagones más pequeños tendría más vagones que pasan por el poste de la señal en un segundo que el tren con vagones más grandes. Sabiendo cuántos vagones pasan por el poste de la señal en un segundo, y conociendo la velocidad del tren, se podría calcular matemáticamente el tamaño de cada vagón de cada tren.

Por ejemplo, si el tren se moviera a 16 kilómetros por segundo y pasaran 10 vagones en un segundo, entonces cada vagón tendría una longitud de 1 milla. Si el otro tren también se moviera a 16 kilómetros por segundo y pasaran 20 vagones en un segundo, entonces se sabría que cada vagón tiene una longitud de 1/2 milla para ese tren. Este ejemplo muestra que conociendo la frecuencia de una onda electromagnética se obtiene la longitud de onda, ya que todas las ondas electromagnéticas viajan a la velocidad de la luz de modo que c = v (lambda) donde v es la frecuencia y lambda es la longitud de onda, y c es la velocidad de la luz. Por tanto, otra forma de expresar la frecuencia es decir que la frecuencia es c sobre lambda.

Dos trenes diferentes que viajan a la misma velocidad

Preguntas y respuestas

P: ¿Qué es la frecuencia?

P: ¿Qué unidad se utiliza para medir la frecuencia?

P: ¿Qué fórmula expresa la relación entre la frecuencia y la longitud de onda?

P: ¿Cómo cambia esta fórmula para las ondas luminosas?

P: ¿A qué velocidad viajan las ondas electromagnéticas en el vacío?

P: ¿A qué velocidad viajan a través de otros medios?

P: ¿Existen ejemplos de ondas electromagnéticas?

Búsqueda por letra