VUI HỌC LÝ

I. SÓNG CƠ - PHƯƠNG TRÌNH SÓNG

1.1. Sóng cơ: là sự lan truyền dao động cơ trong một môi trường (rắn, lỏng hoặc khí).

Có 2 loại sóng cơ: sóng ngang và sóng dọc.

• Sóng ngang: các phần tử môi trường dao động vuông góc với phương truyền sóng. Ví dụ: sóng trên mặt nước, trên dây đàn.

• Sóng dọc: các phần tử môi trường dao động dọc theo (trùng phương với) phương truyền sóng. Ví dụ: sóng âm trong không khí.

Chú ý:

• Sóng ngang chỉ truyền trong chất rắn và trên bề mặt chất lỏng.
• Sóng dọc lan truyền trong cả 3 môi trường rắn, lỏng, khí.
• Sóng cơ không lan truyền trong chân không.

1.2. Các đại lượng đặc trưng của sóng hình sin

• Chu kì sóng T: Tsóng = Tphần tử môi trường = Tnguồn sóng
• Tần số sóng f: fsóng = fphần tử môi trường = fnguồn sóng
• Biên độ sóng A: Asóng = Aphần tử môi trường
• Năng lượng sóng.
• Tốc độ truyền sóng v: tốc độ lan truyền dao động trong môi trường.
• Bước sóng λ (lamđa): quãng đường mà sóng truyền đi được trong một chu kì.

Chú ý:

• Khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm dao động cùng pha trên phương truyền bằng một bước sóng (λ).
• Khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm dao động ngược pha trên phương truyền bằng nửa bước sóng (λ/2).
• Khi sóng truyền từ môi trường này sang môi trường khác thì tần số không đổi nhưng bước sóng và tốc độ truyền sóng thay đổi.
• Tốc độ truyền sóng phụ thuộc vào bản chất của môi trường (mật độ phân tử, tính đàn hồi, nhiệt độ,…), không phụ thuộc tần số sóng và biên độ sóng:

vkhí < vlỏng < vrắn

1.3. Phương trình sóng:

Xét một sóng cơ lan truyền từ O dọc theo trục Ox với tốc độ v đến điểm M có tọa độ x (x = OM):

Giả sử, O là nguồn sóng có li độ:

Do sóng truyền từ O đến M nên M dao động trễ pha so với O một khoảng thời gian là . Vì vậy, li độ dao động tại M ở thời điểm t chính là li độ dao động tại O ở thời điểm trước đó :

Vậy: (phương trình sóng - dạng 1).

Hay

=> (phương trình sóng - dạng 2).

Chú ý:

• M và O cách nhau một đoạn x nên lệch pha nhau:
• Hai điểm cách nhau một đoạn d trên cùng phương truyền sóng thì dao động lệch pha:

II. GIAO THOA SÓNG CƠ

2.1. Thí nghiệm giao thoa sóng nước với hai nguồn dao động cùng phương và đồng pha

Mô phỏng giao thoa sóng nước:

• Kết quả ta thấy, khi 2 sóng gặp nhau trên mặt nước có những chỗ dao động mạnh lên và những chỗ hầu như không dao động. Đó là hiện tượng giao thoa sóng nước.
• Các đường hyperbol tạo thành từ tập hợp những điểm dao động với biên độ mạnh nhất (biên độ cực đại) gọi là các vân giao thoa cực đại (riêng đường cực đại ở giữa là đường thẳng, đường trung trực nối 2 nguồn, đường liền nét ở hình bên dưới).
• Các đường hyperbol tạo thành từ tập hợp những điểm dao động với biên độ nhỏ nhất (biên độ cực tiểu = 0) gọi là các vân giao thoa cực tiểu (đường đứt nét ở hình bên dưới).

2.2. Định nghĩa giao thoa sóng

• Hiện tượng hai sóng kết hợp, khi gặp nhau tại những điểm xác định, luôn luôn hoặc tăng cường nhau, hoặc làm yếu nhau gọi là sự giao thoa của sóng.
• Hai sóng kết hợp là hai sóng do hai nguồn kết hợp tạo ra. Hai nguồn kết hợp là 2 nguồn có cùng phương dao động, cùng tần số và độ lệch pha không đổi theo thời gian.

>> XEM THÊM VIDEO BÀI GIẢNG <<

2.3. Giải thích hiện tượng giao thoa

- Xét 2 nguồn S1 và S2 dao động cùng phương và cùng pha (2 nguồn đồng bộ) với phương trình:

- Điểm M nằm trên vùng giao thoa, cách 2 nguồn S1 và S2 lần lượt là d1 và d2 nhận được sóng từ 2 nguồn truyền đến với các phương trình:

Hai sóng truyền đến M lệch pha nhau: (*)

Dao động tổng hợp tại M có li độ:

=>

Do đó, biên độ dao động tổng hợp tại M: (**)

• AM(max) = 2A <=> u1M và u2M cùng pha =>

<=> d2 - d1 = kλ

(điểm cực đại giao thoa có hiệu đường đi bằng số nguyên lần bước sóng)

• AM(min) = 0 <=> u1M và u2M ngược pha =>

<=> d2 - d1 = (k’+0,5)λ

(điểm cực tiểu giao thoa có hiệu đường đi bằng số nửa nguyên lần bước sóng)

>> XEM THÊM VIDEO BÀI GIẢNG <<

2.4. Nhiễu xạ sóng

Khi sóng đi qua khe hẹp hoặc khi gặp vật cản thì nó bị lệch khỏi phương truyền thẳng và đi vòng qua vật cản. Đó là hiện tượng nhiễu xạ sóng.

Kết luận: Sóng cơ có 2 đặc trưng rất quan trọng đó là giao thoa và nhiễu xạ.

III. SÓNG DỪNG

3.1. Sự phản xạ sóng

• Phản xạ sóng trên vật cản cố định

- Biến dạng dây bị đổi chiều.

- Tại vật cản cố định (điểm phản xạ), sóng phản xạ và sóng tới ngược pha nhau.

• Phản xạ sóng trên vật cản tự do

- Biến dạng dây không bị đổi chiều.

- Tại vật cản tự do (điểm phản xạ), sóng phản xạ và sóng tới cùng pha nhau.

3.2. Sóng dừng

• Thí nghiệm sự gặp gỡ giữa sóng tới và sóng phản xạ trên một sợi dây (bộ rung điện bên phải tạo ra sóng tới lan truyền trên dây đến điểm cố định bên trái, tần số sóng có thể thay đổi được)

• Sóng dừng là hiện tượng sóng tới và sóng phản xạ liên tục gặp nhau và giao thoa với nhau. Kết quả trên phương truyền sóng xuất hiện những điểm đứng yên gọi là nút xen kẽ với những điểm dao động với biên độ cực đại gọi là bụng.

Điều kiện để có sóng dừng trên sợi dây có chiều dài l

• Dây 2 đầu cố định : sóng dừng trên dây với 2 đầu là 2 nút.

(chiều dài dây = số nguyên lần nửa bước sóng)

*Số bụng = k

*Số nút = k + 1

• Dây 1 đầu tự do, 1 đầu cố định: sóng dừng trên dây với đầu tự do là bụng, đầu cố định là nút.

(chiều dài dây = số lẻ lần một phần tư bước sóng = số nửa nguyên lần nửa bước sóng)

*Số bụng = số nút = k + 1

Một số hiện tượng sóng dừng khác

• Sóng dừng trên mặt nước

• Sóng dừng trên mặt nước (mô phỏng)

• Sóng dừng của sóng dọc trên lò xo

IV. SÓNG ÂM