Sóng Cơ Học

Sóng cơ là loại sóng lan truyền dao động cơ học của các phần tử môi trường vật chất. Trong khi đó sóng có thể di chuyển và truyền năng lượng trên một quãng đường dài, thì các phần tử môi trường lại chỉ dao động quanh vị trí cân bằng của nó.

Độ lệch pha giữa 2 điểm được truyền từ 1 nguồn

Trên phương trình truyền sóng lệch pha góc Δφ (rad), khoảng cách giữa hai điểm là:

1. Sóng cơ là dao động cơ lan truyền trong một môi trường vật chất (rắn, lỏng, khí). Sóng cơ không truyền được trong chân không.

Mời bạn xem đoạn video sau đây:

Giọt nước rơi xuống mặt nước tạo thành sóng

Giọt nước rơi xuống nước tạo thành sóng

Hai đoạn video trên cho thấy: Nếu trên mặt nước có một dao động điều hòa theo phương thẳng đứng được duy trì trong thời gian đủ lâu thì trên mặt nước sẽ có các gợn sóng tròn đồng tâm lan truyền. Tâm của các gợn sóng tròn này là nguồn dao động nói trên, khoảng cách (qua tâm) của hai gợn sóng liên tiếp được gọi là bước sóng  .

Hình vẽ sau đây minh họa rõ hơn về khái niệm bước sóng đối với sóng mặt nước

Trong hình vẽ này: P là một thanh kim loại đàn hồi tốt có đầu nhọn A chạm nhẹ vào mặt nước. Khi thanh P rung, đầu nhọn A liên tục chạm vào mặt nước tạo thành các gợn sóng tròn đồng tâm có tâm là đầu nhọn A. Bước sóng  là khoảng cách được đánh dấu màu đỏ trên hình.

2. Hai loại sóng cơ đơn giản là sóng ngang và sóng dọc

a) Sóng ngang là loại sóng có phương dao động vuông góc với phương truyền sóng.

Một cách tạo ra sóng ngang được thực hiện như trong đoạn video sau:

Hiện tượng xảy ra tương tự khi ta thay lò xo bằng một sợi dây đàn hồi tốt.

b) Sóng dọc là loại sóng có phương dao động của các phần tử vật chất trùng với phương truyền sóng.

Một cách tạo ra sóng dọc được thực hiện như trong đoạn video sau:

Hình vẽ sau đây minh họa sự khác nhau giữa hai loại sóng:

Trong chương trình Vật Lý 12, ta chỉ xét trường hợp đơn giản: Khi có sóng truyền qua, các phần tử vật chất dao động điều hòa theo phương vuông góc với phương truyền sóng (sóng ngang) hoặc theo phương trùng với phương truyền sóng (sóng dọc) nên sóng mặt nước thường được xem là sóng ngang.

Trong các nghiên cứu sâu hơn, người ta thấy điều này không hoàn toàn đúng.

Mới bạn xem đoạn video sau đây:

Trong đoạn video này ta thấy: Một vật nổi nửa chìm chuyển động tròn khi sóng mặt nước truyền qua chứ không phải chỉ dao động theo phương thẳng đứng.

3. Các đại lượng đặc trưng của sóng cơ

a) Biên độ sóng là biên độ dao động của các phần tử vật chất khi sóng truyền qua. Ta ký hiệu biên độ sóng là A.

b) Chu kỳ và tần số của sóng là chu kỳ và tần số dao động của các phần tử vật chất khi sóng truyền qua. Cũng giống như dao động cơ, chu kỳ sóng ký hiệu là T và tần số sóng là f. Ta cũng có:

d) Tốc độ sóng (ký hiệu là v) là tốc độ truyền pha dao động (Đối với sóng ngang, đó là tốc độ di chuyển của đỉnh sóng).

e) Năng lượng sóng (Ký hiệu là W) là năng lượng dao động của các phần tử vật chất khi sóng truyền qua.

Trên phương Ox có một sóng cơ đang truyền đi liên tục. Trên phương này (gọi là phương truyền sóng) ta hãy xét ba điểm M, O, N theo thứ tự.

Ta thấy ngay là sóng đến M sớm hơn sóng đến O khoảng thời gian là   ; sóng đến N trễ hơn sóng đến O khoảng thời gian là ..

Giả sử phương trình dao động tại O là

Phương trình này đúng trong trường hợp phương trình dao động tại gốc tọa độ là  như đã giả sử. Nếu phương trình dao động tại gốc tọa độ O là  thì phương trình dao động tại điểm M có tọa độ x là

5. Độ lệch pha giữa hai điểm cách nhau đoạn d trên cùng phương truyền sóng

Từ phương trình sóng uM ở trên ta dễ dàng suy ra công thức tính độ lệch pha giữa hai điểm cách nhau đoạn d trên cùng phương truyền sóng là

Chú ý rằng trong công thức này vì d > 0 nên   > 0 .

Bài trước   Lên đầu trang   Bài kế tiếp   Trở về Trang chủ

: mysqli_query(): (HY000/1): Can't create/write to file '/tmp/#sql-temptable-b851-299189-af9cc.MAI' (Errcode: 28 "No space left on device") in

Sóng cơ là kiến thức rất quan trọng mà các em sẽ được học trong năm cuối của chương trình Vật Lý phổ thông. Để giúp các em học hiểu rõ hơn về nội dung này, Marathon Education đã tổng hợp đầy đủ và chi tiết về lý thuyết sóng cơ và sự truyền sóng cơ trong bài viết sau.

Sóng cơ là sự lan truyền dao động cơ học (bao gồm năng lượng và trạng thái dao động) theo thời gian trong môi trường vật chất đàn hồi.

Ví dụ 1: Cánh bèo hay chiếc phao chỉ dao động trên mặt nước khi sóng truyền qua.

Ví dụ 2: Khi áp tai xuống đường ray, các em có thể nghe thấy tiếng tàu hỏa từ xa đang di chuyển đến mà tại thời điểm đó các em không nghe thấy tàu hỏa trong không khí.

Sóng cơ bao gồm 2 loại là sóng dọc và sóng ngang.

Biên độ của sóng cơ (A): biên độ dao động của một phần tử vật chất khi sóng truyền qua.

Tần số sóng cơ (f): tần số dao động của một phần tử vật chất khi sóng truyền qua. Công thức tính tần số sóng:

Vận tốc sóng cơ (v): vận tốc lan truyền của sóng trong không gian. Công thức tính vận tốc:

Năng lượng sóng cơ (Ei): năng lượng dao động của các phần tử vật chất tại một điểm khi sóng truyền qua. Công thức tính năng lượng sóng cơ là:

Bước sóng (λ): là quãng đường mà sóng truyền được trong một chu kỳ cũng chính là khoảng cách của 2 điểm gần nhất trên phương truyền sóng khi dao động cùng pha. Công thức tính bước sóng:

Sự truyền sóng cơ là quá trình lan truyền dao động và năng lượng dao động, phần tử vật chất không có sự truyền đi. Thực tế, sự truyền sóng cơ phụ thuộc vào nhiều yếu tố của môi trường xung quanh.

Trong quá trình truyền sóng cơ:

Sóng phát ra từ O (gốc tọa độ), với phương trình dao động: uO = AOcos(ωt + φ). Điểm M cách O một khoảng bằng x, sóng truyền từ O đến M sẽ mất một khoảng thời gian là:

Nếu bỏ qua năng lượng mất mát trong quá trình truyền sóng thì biên độ sóng tại O và biên độ sóng tại M sẽ bằng nhau: AO = AM = A

Sóng truyền theo chiều âm, từ trục Ox đến điểm N có tọa độ x sẽ có phương trình như sau:

Tại điểm M cách O một đoạn bằng x trên phương truyền sóng.

Trong môi trường sóng cơ, tại một điểm M xác định: x = const thì uM là hàm điều hòa theo t với chu kỳ T.

Ở một thời điểm xác định t = const thì uM là hàm biến thiên điều hòa theo không gian x với chu kỳ λ.

Các điểm có cùng khoảng cách đến nguồn sóng dao động cùng pha.

Độ lệch pha giữa 2 điểm được truyền đến từ cùng một nguồn

Các em cần lưu ý các đơn vị tính cần phải tương ứng với nhau.

Tham khảo ngay các khoá học online của Marathon Education

Qua bài viết này, chắc chắn các em đã có thể tự mình trả lời được câu hỏi sóng cơ và sự truyền sóng cơ là gì rồi phải không? Mong rằng những thông tin này sẽ giúp các em nắm chắc hơn bài học trên lớp.

Hãy liên hệ ngay với Marathon để được tư vấn nếu các em có nhu cầu học online trực tuyến nâng cao kiến thức nhé! Marathon Education chúc các em được điểm cao trong các bài kiểm tra và kỳ thi sắp tới!