Bài 7. Sóng Cơ Và Sự Truyền Sóng Cơ - Hoc24

ĐẠI CƯƠNG VỀ SÓNG CƠ HỌC

1. Sóng cơ

Sóng cơ là những dao động lan truyền trong môi trường vật chất (rắn, lỏng, khí).

Ví dụ:

Cần rung dao động tạo sóng trên mặt nước

Đặc điểm:

• Quá trình truyền sóng là quá trình truyền pha dao động và năng lượng dao động.
• Các phần tử vật chất trên phương truyền sóng chỉ dao động tại chỗ mà không bị lan truyền theo sóng.
• Sóng cơ không truyền được trong chân không.

2. Phân loại sóng cơ

• Sóng dọc: Là sóng có phương dao động của các phần tử vật chất trùng với phương truyền sóng.

• Sóng ngang: Là sóng có phương dao động của các phần tử vuông góc với phương truyền sóng.

3. Các đặc trưng của một sóng hình sin

• Biên độ của sóng A: Là biên độ dao động của một phần tử của môi trường có sóng truyền qua.
• Chu kỳ sóng: Là chu kỳ dao động \(T\) của một phần tử của môi trường sóng truyền qua.
• Tần số sóng: \(f=\frac{1}{T} \ \ (Hz)\).
• Tốc độ truyền sóng \(v\): Tốc độ lan truyền dao động trong môi trường, là tốc độ lan truyền của đỉnh sóng.
• Năng lượng sóng: Là năng lượng dao động của các phần tử vật chất khi sóng truyền qua.
• Bước sóng \(\lambda\):

+ Là khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng dao động cùng pha.

+ Là quãng đường sóng truyền đi được trong một chu kỳ: \(\boxed{\lambda=v.T=\dfrac{v}{f}}\)

Lưu ý: Vận tốc truyền sóng khác với vận tốc dao động của các phần tử trong môi trường.

4. Phương trình truyền sóng

> x O M → v

Tại O ta kích thích một dao động điều hoà tạo thành sóng lan truyền theo phương Ox với tốc độ \(v\). Khi đó, O được gọi là nguồn sóng, phương trình dao động của nguồn là: \(u_O=A\cos(\omega t)\) (Để đơn giản ta lấy pha ban đầu của dao động bằng 0)

Xét điểm M cách O một đoạn \(x\) trên phương truyền sóng.

• Thời gian sóng truyền từ O đến M là: \(\Delta t=\dfrac{x}{v}\)
• Dao động tại M trễ hơn dao động tại O khoảng thời gian \(\Delta t\), nên phương trình dao động của M là: \(u_M=A\cos(\omega(t-\Delta t))\)

\(\Rightarrow u_M=A\cos(\omega t-\dfrac{2\pi}{T}.\dfrac{x}{v})\)

\(\Rightarrow u_M=A\cos(\omega t-\dfrac{2\pi x}{\lambda})\) (*)

Nhận xét:

• Phương trình (*) phụ thuộc vào thời gian \(t\) và toạ độ \(x\), có nghĩa mỗi vị trí khác nhau của M vào thời điểm khác nhau sẽ có li độ khác nhau. Ta gọi (*) là phương trình truyền sóng.
• Vậy phương trình truyền sóng tổng quát có dạng: \(\boxed{ u=A\cos(\omega t-\dfrac{2\pi x}{\lambda})}\)

Lưu ý: Trong hiện tượng truyền sóng trên sợi dây, 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 \(2f\).