Sự khác nhau giữa sóng ngang và sóng dọc
|
Trang chủ Show Sách ID Khóa học miễn phí Luyện thi ĐGNL và ĐH 2023 Hôm nay Kiến Guru muốn chia sẻ đến các bạn Sổ tay vật lý 12 - chuyên đề Sóng cơ và Sóng âm. Bài viết bao gồm các kiến thức lý thuyết tổng hợp của sóng cơ và sóng âm. Đây là một trong những chương kiến thức cực kì quan trọng trong chương trình học học vật lý lớp 12 và chiếm rất nhiều điểm số trong bài thi tốt nghiệp THPT Quốc Gia. Vì vậy các bạn hãy đọc thật kĩ những kiến thức sau đây và trau dồi thêm những kiến thức bên ngoài nữa nhé. Cùng Kiến Guru khám phá bài viết nhé: I. Sóng cơ và truyền sóng cơ – Sổ tay vật lý 12+ Sóng cơ là dao động cơ lan truyền trong môi trường vật chất. + Sóng ngang là loại sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng. Sóng ngang chỉ truyền được trên mặt nước và trong chất rắn. + Sóng dọc là loại sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương trùng với phương truyền sóng. Sóng dọc sẽ truyền được cả trong chất khí, chất lỏng và chất rắn. Sóng cơ (cả sóng dọc và sóng ngang) không truyền được trong chân không. + Tốc độ truyền sóng phụ thuộc vào môi trường: vrắn > vlỏng > vkhí + Khi truyền từ môi trường này sang môi trường khác tốc độ truyền sóng thay đổi, bước sóng thay đổi còn tần số (chu kì, tần số góc) của sóng thì không thay đổi. + Trong sự truyền sóng, pha dao động truyền đi còn các phần tử của môi trường không truyền đi mà chỉ dao động quanh vị trí cân bằng. + Bước sóng λ : là khoảng cách giữa hai phần tử của sóng gần nhau nhất trên phương truyền sóng dao động cùng pha. Bước sóng cũng là quãng đường mà sóng truyền đi được trong một chu kỳ: λ=vT. II. Giao thoa sóng – Sổ tay vật lý 12+ Hai nguồn kết hợp là hai nguồn dao động cùng phương cùng tần số (cùng chu kì, cùng tần số góc) và có hiệu số pha không thay đổi theo thời gian. Hai nguồn kết hợp cùng pha là hai nguồn đồng bộ. + Hai sóng do hai nguồn kết hợp cùng phát ra là hai sóng kết hợp. + Giao thoa sóng là sự tổng hợp của hai hay nhiều sóng kết hợp trong không gian, trong đó có những vị trí biên độ sóng tổng hợp được tăng cường hoặc bị giảm bớt. + Cực đại giao thoa nằm tại các điểm có hiệu đường đi của hai sóng tới đó bằng một số nguyên lần các bước sóng: d1-d2=kλ (kϵZ) + Cực tiểu giao thoa nằm tại các điểm có hiệu đường đi của hai sóng tới đó bằng một số nguyên lẻ nửa các bước sóng: d1-d2=(k+½)λ (kϵZ) III. Sóng dừng – Sổ tay vật lý 12+ Sóng phản xạ cùng tần số và cùng bước sóng với sóng tới. + Nếu vật cản cố định thì tại điểm phản xạ, sóng phản xạ ngược pha với sóng tới và triệt tiêu lẫn nhau (ở đó có nút sóng). + Nếu vật cản tự do thì tại điểm phản xạ, sóng phản xạ cùng pha với sóng tới và tăng cường lẫn nhau (ở đó có bụng sóng). + Sóng tới và sóng phản xạ nếu cùng truyền theo cùng một phương, thì có thể giao thoa với nhau, và tạo ra một hệ sóng dừng. + Trong sóng dừng có một số điểm luôn luôn đứng yên gọi là nút, và một số điểm luôn luôn dao động với biên độ cực đại gọi là bụng. + Khoảng cách giữa 2 nút hoặc 2 bụng liền kề của sóng dừng là λ/2 + Khoảng cách giữa nút và bụng liền kề của sóng dừng là λ/4 + Hai điểm đối xứng qua bụng sóng luôn dao động cùng biên độ và cùng pha. Hai điểm đối xứng qua nút sóng luôn dao động cùng biên độ và ngược pha. + Các điểm nằm trên cùng một bó sóng thì dao động cùng pha. Các điểm nằm trên hai bó sóng liền kề thì dao động ngược pha. + Các điểm nằm trên các bó cùng chẵn hoặc cùng lẻ thì dao động cùng pha, các điểm nằm trên các bó lẻ thì dao động ngược pha với các điểm nằm trên bó chẵn. IV. Các đặc trưng của âm – Sổ tay vật lý 12+ Sóng âm là những sóng cơ có thể truyền trong cả môi trường rắn, lỏng khí. + Vật dao động phát ra âm gọi là nguồn âm. + Tần số của âm phát ra bằng tần số dao động của nguồn âm. + Sóng âm truyền được trong môi trường đàn hồi (rắn, lỏng, khí). + Âm không truyền được trong chân không. + Trong một môi trường, âm truyền với một tốc độ xác định. + Trong chất lỏng và chất khí thì sóng âm là sóng dọc. + Trong chất rắn thì sóng âm có thể là sóng dọc hoặc sóng ngang. + Âm nghe được (âm thanh) có tần số từ 16 Hz đến 20000 Hz. + Âm có tần số dưới 16 Hz gọi là hạ âm; trên 20000Hz gọi là siêu âm. + Về phương diện vật lí, âm được đặc trưng bằng tần số của âm, cường độ âm (hoặc mức cường độ âm) và đồ thị dao động của âm. + Ba đặc trưng sinh lí của âm là: độ to, độ cao và âm sắc. + Độ cao của âm là đặc trưng liên quan đến tần số của âm. + Độ to của âm là đặc trưng liên quan đến mức cường độ âm L. + Âm sắc là đặc trưng của âm giúp ta phân biệt được các âm phát ra từ các nguồn khác nhau (âm sắc liên quan đến đồ thị dao động âm). Trên đây là những kiến thức trong Sổ tay vật lý 12 – Lý thuyết sóng cơ học và sóng âm mà Kiến Guru muốn chia sẻ tới các bạn. Đây sẽ là một trong những nền tảng ôn tập nhanh để các bạn giải các bài tập lý thuyết trong chương học này. Ngoài ra, các bạn có thể đón đọc những bài viết tiếp theo của Kiến Guru để tìm hiểu sâu hơn và kĩ hơn nhé. Hẹn gặp lại mọi người vào các bài viết tiếp theo. Chúc các bạn may mắn.
1. Định nghĩa: Sóng cơ học là sự lan truyền dao động cơ học (năng lượng, trạng thái dao động) trong môi trường vật chất đàn hồi theo thời gian. Nhận xét: Quảng cáo * Sóng cơ học là sự lan truyền dao động, lan truyền năng lượng, lan truyền pha dao động (trạng thái dao động) chứ không phải quá trình lan truyển vật chất (các phần tử sóng). Ví dụ: Trên mặt nước cánh bèo hay chiếc phao chỉ dao động tại chỗ khi sóng truyền qua. * Sóng cơ chỉ lan truyền được trong môi trường vật chất đàn hồi, không lan truyền được trong chân không. Đây là khác biệt cơ bản giữa sóng cơ và sóng điện từ (sóng điện từ lan truyền rất tốt trong chân không). Ví dụ: Ngoài không gian vũ trụ các phi hành gia phải liên lạc với nhau bằng bộ đàm hoặc kí hiệu. * Tốc độ và mức độ lan truyền của sóng cơ phụ thuộc rất nhiều vào tính đàn hồi của môi trường, môi trường có tính đàn hồi càng cao tốc độ sóng cơ càng lớn và khả năng lan truyền càng xa, bởi vậy tốc độ và mức độ lan truyền sóng cơ giảm theo thứ tự môi trường: Rắn > lỏng > khí. Các vật liệu như bông, xốp, nhung… có tính đàn hồi nhỏ nên khả năng lan truyền sóng cơ rất kém bởi vậy các vật liệu này thường được dùng để cách âm, cách rung (chống rung)… Ví dụ: Áp tai xuống đường ray ta có thể nghe thấy tiếng tàu hỏa từ xa mà ngay lúc đó ta không thể nghe thấy trong không khí. * Sóng cơ 2 là quá trình lan truyền theo thời gian chứ không phải hiện tượng tức thời, trong môi trường vật chất đồng tính và đẳng hướng các phần tử gần nguồn sóng sẽ nhận được sóng sớm hơn các phần tử ở xa nguồn. 2. Phân loại sóng: Dựa vào phương dao động của các phần tử và phương lan truyền của sóng người ta phân sóng thành hai loại là sóng dọc và sóng ngang. a) Sóng dọc: Là sóng có phương dao động của các phần tử trùng với phương truyền sóng. Sóng dọc có khả năng lan truyền trong cả 3 trạng thái của môi trường vật chất là Rắn, lỏng, khí. Nguyên nhân: Trong môi trường lực đàn hồi xuất hiện khi có biến dạng nén, giãn. Ví dụ: Sóng âm khi truyền trong không khí hay trong chất lỏng là sóng dọc. b) Sóng ngang: Là sóng có phương dao động của các phần tử vuông góc với phương truyền sóng. Sóng ngang chỉ có thể lan truyền trong chất rắn và bề mặt chất lỏng, sóng ngang không lan truyền được trong chất lỏng và chất khí. Quảng cáo Nguyên nhân: Trong môi trường lực đàn hồi xuất hiện khi có biến dạng lệch. Ví dụ: Sóng truyền trên mặt nước là sóng ngang. Lưu ý: - Sóng có vận tốc lớn nhất trong chất rắn và nhỏ nhất trong chất khí. - Các tính chất đặc trưng của sóng: phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ, giao thoa. II. Các đại lượng đặc trưng của sóng: 1. Vận tốc truyền sóng (v): Vận tốc truyền sóng là: v = ΔS/Δt (ΔS là quãng đường sóng truyền trong thời gian Δt). (Chú ý: Vận tốc sóng là vận tốc lan truyền của sóng trong không gian chứ không phải là vận tốc dao động của các phần tử). 2. Chu kì sóng: T = 2π/ω = 1/f (N là số lần nhô lên của 1 điểm hay số đỉnh sóng đi qua một vị trí hoặc số lần sóng dập vào bờ trong thời gian t(s)). 3. Tần số sóng f: Tất cả các phân tử vật chất trong tất cả các môi trường mà sóng truyền qua đều dao độngcùng một tần số v chu kì, bằng tần số và chu kì của nguồn sóng, gọi là tần số (chu kì) sóng: f = 1/T = ω/2π (Hz) 4. Bước sóng: Bước sóng là quãng đường sóng truyền trong một chu kì. Hoặc là khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm dao động cùng pha trên phương truyền sóng: λ = v.T = v/f (m) Chú ý: Bất kì sóng nào (với nguồn sóng đứng yên so với máy thu) khi truyền từ môi trường này sang môi trường khác thì bước sóng, năng lượng, vận tốc, biên độ, phương truyền có thể thay đổi nhưng tần số và chu kì thì không đổi và luôn bằng tần số f, chu kì T dao động của nguồn sóng: f = v1/λ1 = v2/λ2 => v1/v2= λ1/λ2 bước sóng trong 1 môi trường tỉ lệ với vận tốc sóng trong môi trường đó. 5. Biên độ sóng: Biên độ sóng tại mỗi điểm là biên độ dao động của phần tử sóng tại điểm đó nói chung trong thực tế biên độ sóng giảm dần khi sóng truyền xa nguồn. 6. Năng lượng sóng Ei: Năng lượng sóng tại mỗi điểm Ei là năng lượng dao động của phần tử sóng tại điểm đó nói chung trong thực tế năng lượng sóng luôn giảm dần khi sóng truyền xa nguồn: Ei = D. ω2.Ai2/2 trong đó D là khối lượng riêng của môi trường sóng, Ai là biên độ sóng tại đó. Nhận xét: Trong môi trường truyền sóng lý tưởng, ta có bảng nhận xét sau: III. Phương trình sóng 1. Phương trình sóng tại một điểm. * Xét một sóng hình sin đang lan truyền trong một môi trường theo trục Ox, sóng này phát ra từ gốc tọa độ O với phương trình dao động là: uo = Aocos( ωt + φ). Điểm M cách O một khoảng x. Sóng từ O truyền đến M mất khoảng thời gian ∆t = x/v. Phương trình dao động của M là: Nếu bỏ qua mất mát năng lượng trong quá trình truyền sóng thì biên độ sóng tại O và M bằng nhau: Ao = AM = A thì: Quảng cáo Chú ý: Phương trình sóng truyền theo chiều âm trục Ox đến điểm N có tọa độ x là: 2.Tổng quát. Tại điểm O: uo = Acos( ωt + j) (ở đây O là gốc tọa độ nhưng không phải là nguồn sóng) * Tại điểm M cách O một đoạn x trên phương truyền sóng. + Nếu sóng truyền theo chiều dương của trục Ox thì: + Sóng truyền theo chiều âm của trục Ox thì: + Tại một điểm M xác định trong môi trường sóng: x = const; uM là hàm điều hòa theo t với chu kỳ T. + Tại một thời điểm xác định t = const ; uM là hàm biến thiên điều hòa theo không gian x với chu kỳ λ. Chú ý: + Tập hợp các điểm cùng khoảng cách đến nguồn sóng đều dao động cùng pha! + Nếu tại thời điểm t < |xM|/v thì li độ dao động điểm M luôn bằng 0 (uM = 0) vì sóng chưa truyền đến M. 3. Độ lệch pha 2 điểm M1, M2 do cùng 1 nguồn truyền đến: Phương trình dao động tại nguồn là: u = a.cos(ωt + Φ). - Phương trình dao động của nguồn truyền đến M1: u1M = a.cos(ωt + Φ - 2πd1/λ) với t ≥ d1/v - Phương trình dao động của nguồn truyền đến M2: u2M = a.cos(ωt + Φ - 2πd2/λ) với t ≥ d2/v - Độ lệch pha giữa M1 và M2 là: ΔΦ = 2π/λ.(d2 - d1) - Để hai dao động cùng pha thì ΔΦ = 2kπ => (d2 - d1) = 2kπ => (d2 - d1) = k.λ - Để hai dao động ngược thì ΔΦ = (2k+1)π => .(d2 - d1) = (2k + 1)π => (d2 - d1) = (k + 0,5)λ Vậy khoảng cách giữa hai điểm trên phương truyền sóng lệch pha nhau góc ΔΦ (rad) là: L = ΔΦ/2π.λ => Trong hiện tượng truyền sóng, khoảng cách ngắn nhất trên phương truyền sóng giữa hai điểm dao động cùng phaa là 1λ, dao động ngược pha là λ/2, dao động vuông pha là λ/4 và dao động lệch pha nhau π/4 là λ/8. Lưu ý: + Đơn vị của x, x1, x2, d, l và v phải tương ứng với nhau. + Trong hiện tượng truyền sóng trên sợi dây thép, dây được kích thích dao động bởi nam châm điện với tần số dòng điện là f thì tần số dao động của dây là 2f → fsóng = 2f. Xem thêm các phần tóm tắt lý thuyết Vật Lí lớp 12 ngắn gọn, chi tiết khác:
Giới thiệu kênh Youtube VietJack
song-co-va-song-am.jsp |
