Lý thuyết về sóng cơ
Định nghĩa sóng cơ
Sóng cơ chính là sự lan truyền dao động cơ học (bao gồm cả năng lượng và trạng thái dao động) theo thời gian trong môi trường vật chất đàn hồi.
Ví dụ sóng cơ:
- Cánh bèo hay chiếc phao câu cá dao động trên mặt nước khi có sóng truyền qua.
- Khi áp tai xuống đường ray, ta có thể nghe thấy tiếng tàu hỏa đi từ xa đang di chuyển đến mà nhưng tại thời điểm đó ta không nghe được tiếng tàu hỏa trong không khí.
Phân loại sóng cơ
Sóng cơ có 2 loại sóng là:
Sóng ngang: Sóng ngang là loại sóng có phương dao động của phần tử vuông góc với phương truyền sóng. Sóng ngang chỉ có thể lan truyền được trong môi trường bề mặt chất lỏng, chất rắn. Sóng ngang không lan truyền được trong môi trường chất lỏng và chất khi. Ví dụ: sóng được lan truyền trên mặt nước.
Sóng dọc: Sóng dọc là loại sóng có phương dao động của các phần tử trùng với phương truyền sóng. Sóng dọc có thể lan truyền đầy đủ trong các môi trường rắn, lỏng và khí. Ví dụ: sóng truyền trên chiếc lò xo do sự dãn và nén của lò xo.
Sự truyền sóng cơ
Sự truyền sóng cơ là quá trình lan truyền dao động và năng lượng dao động, các phần tử vật chất không có sự truyền đi. Trên thực tế, sự truyền sóng cơ phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau của môi trường xung quanh.
Trong quá trình truyền sóng cơ:
- Sóng ngang: Các phần tử trong sóng dao động lên xuống theo phương thẳng đứng.
- Sóng dọc: Các phần tử trong sóng dao động theo phương ngang.
Một số đại lượng của sóng cơ
Một số đại lượng liên quan tới sóng cơ mà các em học sinh cần nắm được bao gồm:
Biên độ của sóng cơ
Biên độ của sóng cơ (ký hiệu là A): Là biên độ dao động của một phần tử vật chất khi sóng truyền qua.
Tần số sóng cơ
Tần số sóng cơ (ký hiệu là f): Tần số sóng cơ tần số dao động của một phân tử vật chất khi sóng truyền qua . Tần số sóng cơ được tính theo công thức:
Vận tốc của sóng cơ
Vận tốc của sóng cơ (ký hiệu là v): Là vận tốc lan truyền của sóng trong không gian. Để tính vận tốc của sóng cơ ta áp dụng công thức:
Trong đó:
- là thời gian truyền sóng
- là quãng đường truyền sóng
Năng lượng của sóng cơ
Năng lượng của sóng cơ (ký hiệu là ): Là năng lượng dao động của các phần tử vật chất tại 1 điểm khi sóng truyền qua. Năng lượng của sóng cơ được tính theo công thức:
Trong đó:
- D là khối lượng riêng của môi trường sóng
- là biên độ sóng tại một điểm
- là tần số sóng
Bước sóng
Bước sóng (ký hiệu là ): Là quãng đường mà sóng truyền được trong một chu kỳ. Bên cạnh đó bước sóng còn chính là khoảng cách của 2 điểm gần nhất nằm trên trên phương truyền sóng khi dao động cùng pha. Bước sóng được tính theo công thức:
Tham khảo ngay bộ tài liệu ôn tập kiến thức và tổng hợp phương pháp giải mọi dạng bài tập trong đề thi Lý THPT Quốc gia
Phương trình sóng
Phương trình sóng cơ tại một điểm
Sóng phát ra từ gốc tọa độ (điểm O), phương trình dao động có dạng:
Một điểm M cách O với khoảng cách là x, sóng truyền từ gốc tọa độ (điểm O) tới điểm M mất một khoảng thời gian được tính theo công thức:
Công thức phương trình dao động tại điểm M:
trong đó:
Nếu bỏ qua năng lượng mất mát trong quá trình truyền sóng thì biên độ sóng tại O và biên độ sóng tại M là bằng nhau. Vậy AO = AM = A
với
Sóng truyền theo chiều âm, từ trục Ox đến điểm N có tọa độ x sẽ có phương trình như sau:
với
Phương trình sóng tổng quát
Phương trình sóng tổng quát tại điểm O:
Tại điểm M cách O một đoạn bằng x trên phương truyền sóng
- Trong trường hợp nếu sóng cơ truyền theo chiều dương của trục Ox
- Trong trường hợp nếu sóng cơ truyền theo chiều âm của trục Ox
Trong môi trường sóng cơ, tại một điểm M xác định cách điểm O khoảng cách x = const thì uM là hàm điều hòa theo t với chu kỳ T.
Các điểm có cùng khoảng cách đến nguồn sóng dao động cùng pha.
Tại thời điểm , li độ dao động của điểm M luôn bằng 0 do sóng cơ chưa truyền tới điểm M.
Độ lệch pha giữa 2 điểm được truyền đến từ cùng một nguồn
- Phương trình dao động tại nguồn có công thức:
- Phương trình dao động của nguồn đến điểm M1 bất kì nào đó:
với
- Phương trình dao động của nguồn đến điểm M2 bất kì nào đó:
với
- Độ lệch pha giữa 2 điểm M1 và điểm M2:
- Để 2 dao động cùng pha phải thỏa mãn:
- Để 2 dao động ngược pha phải thỏa mãn:
- Trên đường truyền sóng lệch pha nhau góc , khoảng cách giữa 2 điểm là:
