rodzaje fal
Pomimo, że wszystkie fale przenoszą energię bez udziału materii, mogą one przybierać bardzo różne formy o odmiennych właściwościach fizycznych. Przede wszystkim rozróżnia się dwa rodzaje fal: mechaniczne, które rozchodzą się w materii, oraz elektromagnetyczne, które nie potrzebują materii do rozprzestrzeniania się.
fale mechaniczne i akustyczne
Delikatne stukanie palcem w róg stołu tworzy fale mechaniczne, które rozprzestrzeniają się w powietrzu (dźwięk stukania) oraz w obrębie stołu (jako wibracje). Fale na powierzchni wody są kolejnym przykładem: od fal wywołanych wrzuceniem kamyka do stawu po fale pływowe. Fale sejsmiczne również należą do tej kategorii: są one wywoływane przez wstrząsy geologiczne na znacznej głębokości i rozprzestrzeniają się w obrębie skorupy ziemskiej.
Na drugim końcu skali są fale mechaniczne – pociągnięcie naciągniętej gumki recepturki sprawia, że zaczyna ona wibrować, tworząc fale mechaniczne, które rozprzestrzeniają się w niej.
Dźwięk jest jeszcze bardziej uniwersalny: jest to fala wywołana mechaniczną wibracją materiału, która porusza się w powietrzu lub w wodzie. Są to tzw. fale akustyczne. Ich wykorzystanie oraz „modulacja” jest wyjątkowo prosta: jeżeli dana osoba najpierw mówi, a następnie krzyczy lub szepcze, każda taka zmiana będzie miała wpływ na długość fali, amplitudę oraz częstotliwość dźwięku.
pola elektromagnetyczne
Fale elektromagnetyczne (zwane także polem elektromagnetycznym) tworzą równie zróżnicowaną kategorię, którą można sklasyfikować za pomocą pasm częstotliwości: jest to tzw. widmo elektromagnetyczne. Obejmuje ono zarówno najniższe częstotliwości (np. prąd w liniach energetycznych), jak i te najwyższe (promienie ultrafioletowe, promienie rentgena, promienie gamma). Pomiędzy nimi znajdują się fale radiowe (zwane też częstotliwościami radiowymi), które występują naturalnie w środowisku, ale są też wykorzystywane w komunikacji, oraz oczywiście światło: wszystko, co widzimy, jest przenoszone za pomocą pól elektromagnetycznych o częstotliwościach zawierających się w paśmie „widzialnym”. Co zatem odróżnia pola elektromagnetyczne od fal akustycznych? Pola elektromagnetyczne nie wymagają obecności jakiegokolwiek ośrodka, aby móc z dużą prędkością pokonywać znaczne odległości (tak jak światło gwiazd), przemieszczać się w próżni lub przenikać przez niektóre materiały.
promieniowanie jonizujące i niejonizujące: nie należy mylić tych pojęć!
Częstotliwość fali odnosi się także do ilości energii, jaką może ona przenosić. Fale o bardzo wysokich częstotliwościach, znacznie powyżej widma widzialnego, posiadają taką energię, że mogą one zmienić strukturę materii, z którą się zetkną, np. zmieniając strukturę cząsteczki, oddzielając elektron od atomu i przekształcając go tym samym w jon.
Ta kategoria fal znana bliżej jako promieniowanie jonizujące stwarza ryzyko dla zdrowia w przypadku długotrwałego narażenia na jego działanie. Dlatego też odradza się przebywanie zbyt długo w solariach wykorzystujących promieniowanie ultrafioletowe. Zjawisko to pozwala także wyjaśnić, dlaczego radiolodzy podczas prześwietlania pacjenta przebywają za ekranem chroniącym przed promieniowaniem oraz zakładają fartuchy ołowiane.
Natomiast fale o częstotliwościach poniżej częstotliwości widma widzialnego (w szczególności fale radiowe) nie przenoszą wystarczająco dużo energii potrzebnej do rozerwania wiązań atomowych lub cząsteczkowych.
różnorodność zastosowań
Różne pasma częstotliwości mają swoje specyficzne zastosowanie, np.:
niskie i bardzo niskie częstotliwości (poniżej 50 kHz) są wykorzystywane do komunikacji podwodnej (hydrofon) lub w wykrywaczach metali. Są one także emitowane przez linie przesyłowe energii elektrycznej.
Są one wykorzystywane w telekomunikacji, np.: w odbiornikach radiowych i telewizyjnych, radarach, telefonach bezprzewodowych oraz komórkowych, urządzeniach z funkcją Wi-Fi itd.
Fale podczerwone stosowane w pilotach zdalnego sterowania, urządzeniach noktowizyjnych, a nawet w lampach umieszczanych w inkubatorach. Promieniowanie jonizujące również ma szereg zastosowań, przy zachowaniu szczególnych zasad bezpieczeństwa. Promienie ultrafioletowe są wykorzystywane od kabin do opalania w solariach i wykrywaczach fałszywych banknotów, po urządzenia służące do sekwencjonowania DNA.
Promieniowanie rentgenowskie jest stosowane w radioskopii, w urządzeniach zapewniających bezpieczeństwo w miejscach publicznych (skanery bagażu), a także w przemyśle do sprawdzania jakości elementów metalowych. Jako ostatnie wyróżnia się promienie gamma, które wykorzystywane są w medycynie: diagnostyce (scyntygrafia) i terapii (radioterapia).
