[Lý 12]Đại cương về sóng cơ!

[xôi gà ^^!]

1. Khái niệm:
- Sóng cơ là sự lan truyền những dao động cơ trong môi trường.
- Khi sóng cơ truyền đi chỉ có pha dao động của các phần tử vật chất lan truyền còn các phần tử vật chất thì dao động xung quanh vị trí cân bằng cố định.
2. Phân loại sóng cơ
• Sóng dọc : là sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương trùng với phương truyền sóng.
Ví dụ: sóng âm, sóng trên một lò xo.
• Sóng ngang: là sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng.
Ví dụ: sóng trên mặt nước, sóng trên sợi dây cao su.
3. Giải thích sự tạo thành sóng cơ:
- Sóng cơ được tạo thành do giữa các phần tử vật chất môi trường có lực liên kết đàn hồi.
- Khi lực liên kết đàn hồi xuất hiện biến dạng lệch thì môi trường truyền sóng ngang, khi lực liên kết đàn hồi xuất hiện biến dạng dãn, nén thì môi trường truyền sóng dọc.
- Sóng ngang chỉ truyền trong môi trường rắn và lỏng.
- Sóng dọc truyền được trong cả ba môi trường vật chất rắn, lỏng và khí.
* Chú ý :
• Các môi trường rắn, lỏng, khí được gọi là môi trường vật chất.
• Sóng cơ không truyền được trong chân không.
4. Các đại lượng đặc trưng cho sóng cơ
a. Biên độ sóng:
- Là biên độ dao động của các phần tử vật chất môi trường có sóng truyền qua.
- Càng xa tâm dao động thì biên độ sóng càng giảm.
b. Tần số sóng (f):
- là tần số dao động của các phần tử vật chất môi trường có sóng truyền qua.
c. Chu kỳ sóng (T) :
- Là chu kỳ dao động của các phần tử vật chất môi trường có sóng truyền qua.
Mối quan hệ:

d. Bước sóng (λ):
- Là khoảng cách gần nhất giữa hai điểm trên phương truyền sóng mà dao động cùng pha với nhau.
- Là quãng đường mà sóng lan truyền được trong một chu kỳ dao động.
Biểu thức tính toán:

e. Tốc độ truyền sóng (v) :
- Là tốc độ truyền pha của dao động.
- Tốc độ truyền sóng phụ thuộc vào bản chất của môi trường truyền (tính đàn hồi và mật độ môi trường).
- Tốc độ truyền sóng trong các môi trường giảm theo thứ tự : Rắn → lỏng → khí
* Chú ý :
• Quá trình truyền sóng là một quá trình truyền pha dao động, khi sóng lan truyền thì các đỉnh sóng di chuyển còn các phần tử vật chất môi trường mà sóng truyền qua thì vẫn dao động xung quanh vị trí cân bằng của chúng.
• Khi quan sát được n đỉnh sóng thì khi đó sóng lan truyền được quãng đường bằng (n – 1 )λ, tương ứng hết quãng thời gian là Δt = (n - 1)T.
Ví dụ 1 : Một người ngồi ở bờ biển quan sát thấy khoảng cách giữa hai ngọn sóng liên tiếp bằng 10m. Ngoài ra người đó đếm được 20 ngọn sóng đi qua trước mặt trong 76s.
a. Tính chu kỳ dao động của nước biển.
b. Tính vận tốc truyền của nước biển.
* Hướng dẫn giải:
a. Khi người đó quan sát được 20 ngọn sóng đi qua thì sóng đã thực hiện được quãng đường là 19λ. Thời gian tương ứng để sóng lan truyền được quãng đường trên là 19T, theo bài ta có 19T = 76 → T = 4(s)
b. Khoảng cách giữa hai ngọn sóng liên tiếp chính là bước sóng, λ = 10(m)
Tốc độ truyền sóng được tính theo công thức:

Ví dụ 2 : Một sóng cơ lan truyền với tần số f = 500Hz, biên độ A = 0,25mm. Sóng lan truyền với bước sóng λ = 70cm. Tìm:
a. Tốc độ truyền sóng.
b. Tốc độ dao động cực đại của các phần tử vật chất môi trường.
* Hướng dẫn giải :
a.

= 0,7.500 = 350m/s
b. v[SUB]max[/SUB] = ω.A = 2πf.A = 2π.500.0,25.10-3 = 0,25π = 0,785m/s.
5. Phương trình sóng từ một nguồn truyền đến một điểm

Giả sử có một nguồn sóng dao động tại O với phương trình
u[SUB]0[/SUB] = Acos(ωt) =

.
Xét tại một điểm M trên phương truyền sóng, M cách O một khoảng d như hình vẽ. Do sóng truyền từ O đến M hết một khoảng thời gian

, với v là tốc độ truyền sóng nên dao động tại M chậm pha hơn dao động tại O. Khi đó li độ dao động tại O ở thời điểm t - Δt bằng li độ dao động tại M ở thời điểm t. Ta được:

Do:

Vậy phương trình dao động tại điểm M là

(1)
* Nhận xét :
- Nếu sóng truyền từ điểm M đến O mà biết phương trình tại O là u[SUB]0[/SUB] = Acos(ωt) =

thì khi đó phương trình sóng tại M là

(2)
- Trong các công thức (1) và (2) thì d và λ có cùng đơn vị với nhau. Đơn vị của v cũng phải tương thích với d và λ.
- Sóng cơ có tính tuần hoàn theo thời gian với chu kỳ T và tuần hoàn theo không gian với chu kỳ λ.
6. Độ lệch pha giữa hai điểm trên phương truyền sóng
Gọi M và N là hai điểm trên phương truyền sóng, tương ứng cách nguồn các khoảng d[SUB]M[/SUB] và d[SUB]N[/SUB]
Khi đó phương trình sóng truyền từ nguồn O đến M và N lần lượt là:

và

Pha dao động tại M và N tương ứng là:

Đặt:

được gọi là độ lệch pha của hai điểm M và N.
• Nếu Δφ = k2π thì hai điểm dao động cùng pha. Khi đó kh• Nếu Δφ = (2k + 1)π thì hai điểm dao động ngược pha. Khi đó khoảng cách gần nhất giữa hai điểm dao động ngược pha thỏa mãn:

• Nếu

thì hai điểm dao động vuông pha. Khi đó khoảng cách gần nhất giữa hai điểm dao động vuông pha thỏa mãn:

7. Ví dụ điển hình :
Ví dụ 1 : Tại t = 0 đầu A của một sợi dây dao động điều hòa với phương trình

. Dao động truyền trên dây với biên độ không đổi và tốc độ truyền sóng là v = 80 cm/s
a. Tính bước sóng
b. Viết phương trình dao động tại điểm M cách A một khoảng 24 cm.
* Hướng dẫn giải :
a. Tần số:

b. Sóng truyền từ A đến M nên dao động tại M chậm pha hơn dao động tại A

khi đó:

kh oảng cách gần nhất giữa hai điểm dao động cùng pha thỏa mãn:

• Nếu Δφ = (2k + 1)π thì hai điểm dao động ngược pha. Khi đó khoảng cách gần nhất giữa hai điểm dao động ngược pha thỏa mãn:

• Nếu

thì hai điểm dao động vuông pha. Khi đó khoảng cách gần nhất giữa hai điểm dao động vuông pha thỏa mãn: