¿Por qué la frecuencia de una onda no siempre es directamente proporcional a la energía?

En física y química aprendí que la energía es directamente proporcional a la frecuencia de una onda mi = h F para la luz Sin embargo, en biología, ocurre lo contrario: la energía es alta cuando la frecuencia es baja. (Por ejemplo, en ondas sonoras). ¿Por qué existe esta discrepancia y por qué no existe una sola relación entre frecuencia y energía?

¿En qué ondas estás pensando en biología? ¿Las ondas sonoras de los rugidos de los leones? ¿O los picoteos de los pájaros carpinteros? ¿O los cantos de las ballenas bajo el océano?
¿Dónde viste que en las ondas sonoras la energía es alta cuando la frecuencia es baja ?
Estoy estudiando la fisiología del oído y cómo las vibraciones de la membrana basilar llegan más lejos para las ondas de sonido de baja frecuencia que para las ondas de sonido de alta frecuencia. Mi profesor explicó que las ondas de baja frecuencia viajan más lejos porque tienen más energía. Usó un ejemplo de un altavoz de subgraves, diciendo que se puede 'sentir' el ritmo de un altavoz de subgraves, pero en realidad no 'sentimos' las ondas sonoras de mayor frecuencia porque tienen menor energía. Esto parece contradecir lo que aprendí en física.
La amplitud y la intensidad son tan importantes como la frecuencia cuando se trata de sonido.
la penetración de los materiales no es equivalente a la energía. Las ondas con amplitudes similares siempre transportan más energía a frecuencias más altas. Los subwoofers a menudo emiten amplitudes más altas Y las frecuencias de sonido bajas penetran mejor en objetos sólidos grandes (como paredes, pisos, cavidades torácicas, etc.)
@Jim cuando afirma que "penetra mejor", realmente depende de la impedancia del medio material y la geometría (estructura) en relación con la frecuencia de la onda. Entonces, no solo la onda, sino el objeto con el que interactúa la onda.
@docscience no obtendrás ningún argumento de mi parte

Respuestas (2)

Sin profundizar un poco más, la ecuación mi = h v puede ser confuso al principio. No relaciona la energía de una onda con su frecuencia, v sino más bien la energía de un cuanto (un fotón) a la frecuencia del fotón. Eso se ve fácilmente con solo mirar las unidades de la constante de Planck, h que es Joule-seg/fotón. Esto se aplica solo a las ondas electromagnéticas que, en la mecánica cuántica, también pueden interpretarse en términos de partículas (cuantos).

Para otros tipos de ondas, la energía se calcula de manera diferente según la forma en que la energía se propaga a través de un medio. La densidad de energía en las olas del océano, por ejemplo, no sigue la ecuación de Plank sino más bien

mi = 1 dieciséis ρ gramo H 2
dónde ρ es la densidad del agua de mar, gramo la aceleración de la gravedad y H la altura media de la ola. La energía no es transportada por fotones sino por potenciales gravitatorios que se mueven hacia arriba y hacia abajo (crestas y valles de las olas) a medida que la ola se propaga a lo largo de la superficie del mar. Esta es la razón por la que las olas del océano se clasifican como ondas de gravedad (no gravitatorias). Las ondas de sonido tienen otro modelo físico que describe su contenido de energía.

Cuantización de la energía según mi = h v no se limita a las ondas electromagnéticas, se aplica igualmente a las ondas sonoras, por ejemplo, en los sólidos cristalinos, cuyos cuantos se denominan fonones .

En mecánica cuántica ondas de frecuencia ω puede considerarse que está compuesto por osciladores armónicos con esa frecuencia. Y la energía solo puede cambiar por múltiplos de ℏ ω . Las amplitudes de las ondas como en los fotones no determinan el cambio de energía. En las ondas clásicas, como las ondas sonoras o las ondas electromagnéticas, la intensidad de la onda a una determinada frecuencia depende del cuadrado de la amplitud de la onda, que, en principio, puede tomar cualquier valor.

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