La longitud de onda es unos de los parámetros que se utiliza para definir físicamente una onda. Este parámetro puede definirse para toda onda periódica, es decir, para el tipo de onda que se repite con exactamente la misma forma cada un intervalo de tiempo determinado.
En una onda periódica la longitud de onda es la distancia física entre dos puntos a partir de los cuales la onda se repite.
Esta definición puede verse claramente en la siguiente onda sinusoidal. En este caso la longitud de onda es la distancia entre dos crestas, entre dos valles o entre dos de los puntos en los que la onda tiene un valor igual a cero.
Dado que longitud de onda es una medida espacial, debe medirse en unidades de longitud. Siguiendo el Sistema Internacional de Unidades puede medirse en metros o también en cualquiera de sus múltiplos o submúltiplos (kilómetros, milímetros, nanómetros, etc.).
Habitualmente la longitud de onda se representa mediante la letra griega lambda (λ).
Este parámetro puede definirse para cualquier tipo de onda periódica, incluyendo ondas de sonido, ondas de agua u ondas electromagnéticas.
Longitud de onda y frecuencia
La longitud de onda y su frecuencia se relacionan fácilmente a partir de la velocidad a la que viaja la onda.
La frecuencia (f) es simplemente una medida del número de ciclos o repeticiones de la onda por unidad de tiempo. Por ejemplo, si una onda se repite diez veces por segundo significa que tiene una frecuencia de diez ciclos por segundo. Esto puede expresarse como una frecuencia de 10 hercios o 10 Hz.
Si conocemos la velocidad de transmisión de la onda (v) y su frecuencia (f), podemos calcular la longitud de onda (λ) a partir de la siguiente relación:
Por ejemplo, las ondas electromagnéticas viajan en el vacío a la velocidad de la luz, es decir, a 299 792 458 m/s. Si sabemos que una onda electromagnética tiene una frecuencia de 20000 Hz, su longitud de onda en el vacío puede calcularse como:
Esta expresión es importante porque establece una relación inversamente proporcional entre la frecuencia y la longitud de onda. Es decir, a mayores frecuencias menor longitud de onda y viceversa.
Espectro electromagnético según la longitud de onda
El espectro electromagnético es una distribución en función del rango de frecuencias de las ondas o radiación electromagnética.
Este espectro se ha dividido convencionalmente en bandas o segmentos definidos a partir de unos límites de frecuencia o longitud de onda. Esta división es interesante porque nos permite diferenciar entre distintos tipos de onda.
La siguiente tabla presenta una clasificación de estas bandas de radiación electromagnética en función de su longitud de onda.
| Banda | Longitud de onda inferior | Longitud de onda superior |
| Rayos gamma | – | 10 pm |
| Rayos X | 10 pm | 10 nm |
| Rayos ultravioleta | 10 nm | 380 nm |
| Luz visible | 380 nm | 780 nm |
| Luz infrarroja | 780 nm | 1 mm |
| Microondas | 1 mm | 1 m |
| Ondas radio | 1 m | 100 000 km |
De forma equivalente, la siguiente tabla muestra la misma clasificación pero en función de la frecuencia.
| Banda | Frecuencia inferior | Frecuencia superior |
| Rayos gamma | – | 30 EHz |
| Rayos X | 30 EHz | 30 PHz |
| Rayos ultravioleta | 30 PHz | 789 THz |
| Luz visible | 789 THz | 384 THz |
| Luz infrarroja | 384 THz | 300 GHz |
| Microondas | 300 GHHz | 300 MHz |
| Ondas radio | 300 MHz | 3 Hz |
Longitud de onda y medio de transmisión
Dentro de un medio homogéneo, cualquier onda viaja a velocidad constante. Sin embargo, cuando se produce un cambio en el medio la onda experimenta un cambio en su velocidad y también un su dirección debido a la refracción.
La relación entre la longitud de onda al pasar de un medio A a otro medio B puede expresarse en función de los índices de refracción de los dos medios.
Por ejemplo, si el índice de refracción se reduce a la mitad al pasar del medio A al medio B, esto implica que la longitud de onda se multiplicará por 2.
La longitud de onda en el microscopio
La longitud de onda de las ondas electromagnéticas es una propiedad importante en el campo de la microscopía porque está directamente relacionada con la resolución de las observaciones.
En una observación con microscopio, la resolución se define como la mínima distancia que separa dos puntos que pueden identificarse como cuerpos o elementos distintos.
Esta mínima distancia puede calcularse a partir de la longitud de onda de las ondas utilizadas para la observación y de la apertura numérica del objetivo. Aunque existen diferentes fórmulas para expresar esta relación, un expresión muy utilizada en este campo es la siguiente:
En un microscopio óptico la longitud de onda es la longitud de onda de la luz visible. Un valor medio de este valor puede asumirse igual a 580 nanómetros. Esto significa que si utilizamos un objetivo con una apertura numérica de, por ejemplo, 0.75 podremos llegar a distinguir detalles separados por una distancia de 386.67 nanómetros.
Como puede deducirse a partir de esta expresión, una opción para llegar a mejorar la resolución y distinguir distancias todavía menores es iluminar la muestra con una longitud de onda menor.
Este hecho motivó la invención de la microscopía por luz ultravioleta. La luz ultravioleta está contenida en un rango de entre 10 y 380 nanómetros. Si, por ejemplo, la muestra se ilumina con una longitud de onda de 220 nanómetros, en el anterior caso se alcanzaría una resolución de 146.67 nm.
Esta misma relación se aplica también en los microscopios electrónicos. Los microscopios electrónicos iluminan la muestra con un haz de electrones en lugar de una onda electromagnética. Estos electrones pueden ser acelerados a altas frecuencias y en consecuencia sus longitudes de onda son muy cortas. Es por este motivo que la resolución de un microscopio electrónico es extremadamente mejor que la de un microscopio optico.