Pasul 9 — Oscilații și unde; spectrul electromagnetic

Pasul 9 din „Drumul către fizica nucleară” — ghidul de orientare pentru elevii de liceu. Nivel: clasa a XI-a.

De ce contează acest pas?

Una dintre cele trei radiații nucleare — radiația γ — nu este o particulă de materie, ci o undă electromagnetică, rudă bună cu lumina și cu semnalul de Wi-Fi. Ca să înțelegeți ce o face atât de pătrunzătoare și de energică, trebuie mai întâi limbajul undelor: frecvență, lungime de undă, spectru.

Oscilații: limbajul repetiției

O mișcare care se repetă identic — pendulul, corpul pe arc — se descrie prin perioada T (durata unei oscilații complete) și frecvența ν = 1/T (câte oscilații pe secundă, în hertzi). Atât de simplu — și totuși pe aceste două mărimi se sprijină toată fizica undelor.

Unde: oscilația care călătorește

Când o oscilație se propagă din aproape în aproape, apare o undă, caracterizată de lungimea de undă λ — distanța dintre două creste vecine. Relația fundamentală, valabilă pentru orice undă: v = λ·ν. Pentru undele electromagnetice în vid, viteza este mereu c = 3 × 108 m/s, deci c = λ·ν: cu cât frecvența e mai mare, cu atât lungimea de undă e mai mică.

Spectrul electromagnetic: o singură familie

RegiuneaLungime de undă tipicăDe unde provine / la ce folosește
Unde radiokm – memisie radio-TV, antene
Microundecm – mmWi-Fi, radar, cuptor
Infraroșuμmcăldura radiată de corpuri
Lumina vizibilă400–700 nmochiul uman
Ultraviolet100–400 nmSoare, sterilizare
Raze X0,01–10 nmînvelișul electronic al atomilor; radiografii
Radiația γsub 0,01 nmnucleul atomic!

Toate sunt aceeași undă electromagnetică, la frecvențe diferite. Iar regula de aur, pe care pasul 11 o va face precisă: cu cât frecvența e mai mare, cu atât radiația transportă mai multă energie. De aceea radioul e inofensiv, iar γ-ul cere ziduri de beton.

Puntea spre nuclear: amprenta γ a nucleelor

Fiecare specie de nucleu emite fotoni γ cu energii precise, ca o semnătură: măsurând spectrul γ, poți spune ce nuclee ai în probă fără să o atingi. Pe acest principiu funcționează spectroscopia gamma — folosită de la controlul bagajelor și securitatea nucleară până la analiza rocilor de pe Marte. Frecvențele radiației γ depășesc 1019 Hz — de un milion de ori mai mari decât ale luminii vizibile.

Verifică-te!

  1. Ce frecvență are o undă radio cu λ = 3 m?
  2. Ce lungime de undă are lumina verde cu ν = 6 × 1014 Hz?
  3. Așezați în ordinea crescătoare a energiei: raze X, lumină roșie, radiație γ, microunde.
  4. Un foton γ are frecvența 1020 Hz. Care este lungimea lui de undă? Comparați-o cu diametrul unui atom.
  5. De ce razele X vin din învelișul electronic, iar radiația γ din nucleu?
Răspunsuri (deschide după ce ai încercat!)

1) ν = c/λ = 108 Hz = 100 MHz. 2) λ = c/ν = 5 × 10−7 m = 500 nm. 3) microunde < lumină roșie < raze X < γ. 4) λ = 3 × 10−12 m — de vreo 30 de ori mai mică decât atomul (10−10 m); astfel de unde „văd” direct nucleul. 5) Energiile din învelișul electronic sunt de ordinul keV (tranziții ale electronilor), cele din nucleu de ordinul MeV (tranziții între niveluri nucleare) — sursa dictează energia, deci și „eticheta” radiației.

⬅ Înapoi la „Drumul către fizica nucleară” · Pasul anterior: Inducția electromagnetică · Pasul următor: Teoria relativității restrânse; E = mc²

Caută pe site


Categorii


Articole recente


Secțiuni


Contact

Pentru colaborări, întrebări sau materiale didactice: formularul de contact.


Drepturi de autor

© Liviu Niță. Articolele, graficele și materialele originale de pe acest site aparțin autorului. Pot fi folosite liber în scop didactic, cu menționarea sursei. Reproducerea integrală în publicații necesită acordul autorului.