Warum ist die Frequenz einer Welle nicht immer direkt proportional zur Energie?

In Physik und Chemie habe ich gelernt, dass Energie direkt proportional zur Frequenz einer Welle ist E = H F für Licht. In der Biologie ist jedoch das Gegenteil der Fall – Energie ist hoch, wenn die Frequenz niedrig ist. (Zum Beispiel in Schallwellen). Warum gibt es diese Diskrepanz und warum gibt es nicht nur einen Zusammenhang zwischen Frequenz und Energie?

An welche Wellen denken Sie in der Biologie? Die Schallwellen von Löwengebrüll? Oder die Pickgeräusche von Spechten? Oder die Gesänge der Wale unter dem Ozean?
Wo haben Sie gesehen, dass bei Schallwellen die Energie hoch ist, wenn die Frequenz niedrig ist ?
Ich studiere die Physiologie des Ohrs und wie die Schwingungen der Basilarmembran bei niederfrequenten Schallwellen weiter reichen als bei höherfrequenten Schallwellen. Mein Professor erklärte, dass niedrigere Frequenzwellen sich weiter ausbreiten, weil sie energiereicher sind. Er benutzte ein Beispiel eines Subwoofers und sagte, dass man den Beat eines Subwoofers „fühlen“ könne, aber wir „fühlen“ Schallwellen mit höheren Frequenzen nicht wirklich, weil sie weniger Energie hätten. Dies scheint dem zu widersprechen, was ich in Physik gelernt habe.
Amplitude und Intensität sind beim Klang genauso wichtig wie die Frequenz.
Das Eindringen von Materialien ist nicht gleichbedeutend mit Energie. Wellen mit ähnlichen Amplituden tragen bei höheren Frequenzen immer mehr Energie. Subwoofer geben oft höhere Amplituden aus UND niedrige Schallfrequenzen dringen besser in große feste Objekte ein (wie Wände, Böden, Brusthöhlen usw.).
@ Jim, wenn Sie "besseres Eindringen" behaupten, hängt dies wirklich von der Impedanz des materiellen Mediums und der Geometrie (Struktur) relativ zur Wellenfrequenz ab. Also nicht nur die Welle, sondern das Objekt, mit dem die Welle interagiert.
@docscience Sie werden kein Argument von mir bekommen

Antworten (2)

Ohne weiter nach unten zu graben, die Gleichung E = H v kann zunächst verwirrend sein. Es bezieht die Energie in einer Welle nicht auf ihre Frequenz, v sondern die Energie eines Quants (eines Photons) zur Frequenz des Photons. Das ist leicht zu sehen, wenn man sich nur die Einheiten der Planckschen Konstante ansieht, H das ist Joule-sec/Photon. Dies gilt nur für elektromagnetische Wellen, die in der Quantenmechanik auch als Teilchen (Quanten) interpretiert werden können.

Für andere Arten von Wellen wird die Energie anders dargestellt, je nachdem, wie sich Energie durch ein Medium ausbreitet. Die Energiedichte in Meereswellen beispielsweise folgt nicht der Plank-Gleichung, sondern vielmehr

E = 1 16 ρ G H 2
Wo ρ ist die Dichte des Meerwassers, G die Erdbeschleunigung und H die mittlere Wellenhöhe. Die Energie wird nicht von Photonen getragen, sondern von Gravitationspotentialen, die sich auf und ab bewegen (Wellenberge und -täler), wenn sich die Welle entlang der Meeresoberfläche ausbreitet. Aus diesem Grund werden Meereswellen als Schwerewellen (nicht als Gravitationswellen) klassifiziert. Schallwellen haben noch ein weiteres physikalisches Modell, das ihren Energieinhalt beschreibt.

Energiequantisierung gem E = H v ist nicht auf elektromagnetische Wellen beschränkt, sondern gilt gleichermaßen für Schallwellen, zB in kristallinen Festkörpern, deren Quanten Phononen genannt werden .

In der Quantenmechanik Frequenzwellen ω kann als aus harmonischen Oszillatoren mit dieser Frequenz zusammengesetzt betrachtet werden. Und die Energie kann sich nur um ein Vielfaches ändern ℏ ω . Die Amplituden der Wellen wie bei Photonen bestimmen nicht die Energieänderung. Bei klassischen Wellen, wie Schallwellen oder elektromagnetischen Wellen, hängt die Wellenintensität bei einer bestimmten Frequenz vom Quadrat der Amplitude der Welle ab, die im Prinzip jeden beliebigen Wert annehmen kann.

Warum ist die Frequenz einer Welle nicht immer direkt proportional zur Energie?
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