คาบและความถี่คืออะไร

คาบและความถี่: เพื่อนสนิทที่ไม่ค่อยถูกกันของคลื่น

ในโลกของคลื่น ไม่ว่าจะเป็นคลื่นเสียงที่ทำให้เราได้ยินเสียงนกร้อง เสียงเพลง หรือคลื่นน้ำที่ซัดสาดชายหาด ล้วนมีสองคุณสมบัติสำคัญที่คอยกำกับลักษณะเฉพาะของคลื่นนั้นๆ นั่นคือ “คาบ” และ “ความถี่” ถึงแม้ชื่อจะฟังดูยาก แต่จริงๆ แล้วสองสิ่งนี้เป็นเพื่อนสนิทกันที่คอยทำงานร่วมกัน เพียงแต่ความสัมพันธ์ของพวกเขาเป็นแบบ “ผกผัน” คือยิ่งคนหนึ่งมาก อีกคนหนึ่งก็น้อยลง

ความถี่: นักวิ่งรอบสนามที่กระตือรือร้น

ลองจินตนาการถึงนักวิ่งที่วิ่งรอบสนามแข่ง ความถี่ก็เหมือนกับจำนวนรอบที่นักวิ่งคนนี้สามารถวิ่งได้ในหนึ่งวินาที ยิ่งนักวิ่งวิ่งได้หลายรอบในหนึ่งวินาที แสดงว่าเขามีความถี่สูง คลื่นที่มีความถี่สูงก็เช่นกัน คือจะมีการสั่นหรือการเคลื่อนที่ขึ้นลงอย่างรวดเร็วในหนึ่งหน่วยเวลา (โดยปกติคือวินาที) หน่วยวัดความถี่คือ “เฮิรตซ์ (Hz)” ซึ่งหมายถึงจำนวนรอบหรือจำนวนการสั่นต่อวินาที

ตัวอย่างที่เห็นได้ชัดคือเสียงนกหวีดที่แหลมสูง เสียงที่แหลมเกิดจากคลื่นเสียงที่มีความถี่สูงมาก นั่นหมายความว่าโมเลกุลของอากาศสั่นสะเทือนอย่างรวดเร็วเป็นจำนวนมากในหนึ่งวินาที ทำให้เราได้ยินเสียงที่แหลม

คาบ: ระยะเวลาในการวิ่งครบหนึ่งรอบ

ในขณะที่ความถี่บอกเราว่านักวิ่งวิ่งได้กี่รอบในหนึ่งวินาที คาบจะบอกเราว่านักวิ่งใช้เวลานานเท่าไหร่ในการวิ่งครบหนึ่งรอบ คาบจึงเป็น “ระยะเวลา” ที่คลื่นใช้ในการเคลื่อนที่ครบหนึ่งวงจร หรือพูดง่ายๆ คือเวลาที่คลื่นใช้ในการสั่นหนึ่งครั้ง หน่วยวัดคาบคือ “วินาที”

เครื่องดนตรีประเภททุ้ม เช่น กลองเบส หรือดับเบิลเบส สร้างคลื่นเสียงที่มีคาบยาว นั่นหมายความว่าคลื่นเสียงใช้เวลานานกว่าในการสั่นหนึ่งครั้ง ทำให้เกิดเสียงที่ทุ้มต่ำ

ความสัมพันธ์แบบผกผัน: ยิ่งเร็ว ยิ่งใช้เวลาน้อย

ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น ความสัมพันธ์ระหว่างคาบและความถี่เป็นแบบผกผัน นั่นหมายความว่าถ้าความถี่สูง คาบจะสั้น และถ้าความถี่ต่ำ คาบจะยาว ลองกลับไปที่ตัวอย่างนักวิ่งของเรา ถ้าเขาวิ่งได้หลายรอบในหนึ่งวินาที (ความถี่สูง) แสดงว่าเขาใช้เวลาวิ่งแต่ละรอบน้อย (คาบสั้น) ในทางตรงกันข้าม ถ้านักวิ่งวิ่งได้ช้าและใช้เวลานานในการวิ่งแต่ละรอบ (คาบยาว) แสดงว่าเขาจะวิ่งได้ไม่กี่รอบในหนึ่งวินาที (ความถี่ต่ำ)

ความสัมพันธ์นี้สามารถแสดงได้ด้วยสมการง่ายๆ:

ความถี่ = 1 / คาบ และ คาบ = 1 / ความถี่

สรุป:

คาบและความถี่เป็นสองคุณสมบัติที่สำคัญของคลื่น ที่ช่วยให้เราเข้าใจลักษณะและพฤติกรรมของคลื่นได้ดียิ่งขึ้น ความถี่บอกเราว่าคลื่นสั่นเร็วแค่ไหน ส่วนคาบบอกเราว่าคลื่นใช้เวลานานเท่าไหร่ในการสั่นหนึ่งครั้ง ความสัมพันธ์แบบผกผันระหว่างทั้งสองนี้เป็นกุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจว่าเสียงแหลมสูงและเสียงทุ้มต่ำเกิดขึ้นได้อย่างไร และยังเป็นพื้นฐานสำคัญในการศึกษาคลื่นในรูปแบบอื่นๆ อีกด้วย