Sóng cơ là một phần nội dung kiến thức thức đặc biệt quan trọng trong chương trình Vật Lý 12. Vậy sóng cơ là gì? Sóng cơ có thể lan truyền trong những môi trường nào? Hãy cùng supperclean.vn ôn luyện về phần kiến thức trọng tâm này qua bài viết dưới đây nhé!
Contents
Sóng cơ là gì?
Sóng cơ là những dao động cơ học lan truyền trong môi trường vật chất theo thời gian. Khi sóng truyền trong một môi trường nhất định, các phần tử môi trường chỉ dao động xung quanh vị trí cân bằng của chúng, không di chuyển theo sóng mà chỉ có các pha dao động của sóng được truyền đi.
Bài viết tham khảo: 5 kim loại dẫn điện tốt nhất và kém nhất. Tại sao kim loại dẫn điện tốt
Sóng cơ lan truyền trong môi trường nào?
Sóng cơ truyền được trong các môi trường vật chất đàn hồi (rắn, lỏng và khí), sóng cơ không truyền được trong môi trường chân không. Đây cũng chính là điểm khác biệt rõ nhất giữa sóng điện từ và sóng cơ.
Tốc độ lan truyền của sóng sẽ phụ thuộc vào tính đàn hồi của môi trường. Nếu môi trường có tính đàn hồi càng lớn thì tốc độ sóng sẽ càng lớn và khả năng lan truyền cũng xa hơn. Từ đó, ta có thể xác định được tốc độ và khả năng lan truyền của sóng cơ như sau: rắn > lỏng > khí.
Bên cạnh đó, các vật liệu như nhung, xốp,… có tính đàn hồi kém nên làm giảm khả năng lan truyền của sóng cơ. Vì vậy, chúng thường được sử dụng để làm vật liệu cách ấm.
Phân loại sóng cơ học
Có 2 loại sóng cơ:
- Sóng ngang: Đây là loại sóng có phương truyền sóng vuông góc với phương dao động của các phần tử vật chất. Sóng cơ ngang truyền được trong các môi trường chất rắn và bề mặt chất lỏng.
Ví dụ về sóng ngang: sóng truyền trên mặt nước, sóng trên sợi dây chun,…
- Sóng dọc: Là loại sóng có phương truyền sóng trùng với phương dao động của các phần tử vật chất. Sóng dọc lan truyền được trong cả 3 môi trường khí, lỏng và rắn.
Ví dụ về sóng cơ dọc: Con lắc lò xo treo thẳng đứng, sóng âm, sóng trong lòng nước,…
Ngoài ra còn có sóng bề mặt, đây là loại sóng lan truyền trên mặt tiếp giáp giữa các pha dao động của vật như: nước – không khí, rắn – không khí, rắn – lỏng.
Ví dụ: Sóng trên mặt nước,….
Những đại lượng đặc trưng của sóng cơ là gì?
Các đại lượng của sóng cơ gồm có:
Biên độ sóng (A)
Là biên độ dao động của một phần tử vật chất trong môi trường khi có sóng truyền qua. Trong quá trình truyền sóng gần như biên độ dao động không thay đổi.
Biên độ sóng ≃ Biên độ của phần tử dao động. (m)
Chu kỳ (T), tần số (f)
- Chu kỳ dao động của phần tử vật chất trong môi trường khi có sóng truyền qua. Đơn vị đo là giây (s)
- Tần số là tần số dao động chung của tất cả các phần tử vật chất khi có sóng truyền qua. Đơn vị đo là Hz.
Công thức tính:
(ω: Tần số góc của sóng, t: Khoảng thời gian nhìn thấy n đỉnh sóng. )
Tốc độ truyền sóng (v)
Tốc độ truyền sống cho thấy khả năng lan truyền của dao động trong môi trường (khác với vận tốc của các phần tử vật chất). Hay nói cách khác, tốc độ truyền sóng là quãng đường mà sóng truyền đi được trong một đơn vị thời gian nhất định.
Trong một môi trường xác định, giá trị của v không đổi. Tốc độ truyền sóng phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường và mật độ môi trường (v rắn > v lỏng > v khí).
Đơn vị đo tốc độ truyền sóng là m/s
Sóng lan truyền trên quãng đường d trong thời gian t thì vận tốc truyền sóng được xác định như sau:
Bước sóng (λ)
- Đây là quãng đường mà sóng truyền đi được trong một chu kỳ. Hay nói cách khác, bước sóng là khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm dao động trong cùng một phương truyền sóng.
- Đơn vị thường dùng để đo bước sóng là m.
Bước sóng được xác định theo công thức:
Năng lượng truyền sóng (Ei)
Đây là năng lượng dao động của một phần tử dao động tại điểm nhất định. Trong thực tế, năng lượng sóng sẽ giảm dần khi sóng được truyền ra xa.
Sự lan truyền sóng và phương trình truyền sóng cơ học tổng quát
Trong môi trường thực tế, sự truyền sóng cơ học phụ thuộc bởi yếu tố môi trường xung quanh. Tuy nhiên trong bài viết này, chúng ta sẽ đề cập đến đường truyền sóng hình sin.
Gọi O là nguồn sóng, 1 sóng cơ truyền dọc theo trục Ox theo vận tốc v sẽ có phương trình dao động như sau:
Gọi M là điểm cách nguồn O một khoảng x. Sóng được truyền từ O đến M trong khoảng thời gian △t = x/v. Khi đó, ta có phương trình dao động tại điểm M như sau:
Nếu bỏ qua sự hao mòn năng lượng trong quá trình truyền sóng thì: A0 = AM = A. Khi đó, ta có phương trình truyền sóng như sau:
Tóm lại, tại điểm M cách nguồn O một khoảng x trên phương truyền sóng, ta có phương trình truyền sóng như sau:
- Nếu 1 sóng cơ hình sin truyền theo trục dương Ox thì ta có phương trình truyền sóng:
- Nếu sóng cơ truyền theo chiều âm trục Ox thì phương trình:
Trong đó:
Lưu ý: Trong bài nếu không đề cập đến sóng truyền theo chiều nào thì sẽ ngầm hiểu là truyền theo chiều dương của trục Ox.
Độ lệch pha sóng
Tai một thời điểm, độ lệch pha tại 2 điểm M và N trên một phương truyền sóng được xác định như sau:
Từ đó, ta có:
- Điều kiện để 2 điểm dao động cùng pha: d = k.
- Điều kiện để 2 điểm dao động ngược pha: d = (k + 0.5)
- Điều kiện để 2 điểm dao động vuông pha với nhau: d = [(k + 0.5)]/2
=> Chúng ta cần phải ghi nhớ nội dung sau:
- Khoảng cách ngắn nhất để 2 điểm dao động cùng pha là .
- Khoảng cách ngắn nhất để 2 điểm dao động ngược pha là /2
- Khoảng cách ngắn nhất để 2 điểm dao động vuông pha là /4.
Một số câu hỏi thắc mắc liên quan đến sóng cơ học
Sóng cơ có truyền được trong chân không không?
Không. Sóng cơ chỉ truyền được trong các môi trường có tính đàn hồi như rắn, lỏng khí.
Sóng âm có phải là sóng cơ học không?
Sóng âm là một dạng của sóng cơ học có khả năng lan truyền được trong môi trường rắn, lỏng và khí. Sóng âm có tần số từ 16Hz – 20000Hz.
Điều kiện để 2 sóng cơ khi gặp nhau là gì?
Để 2 sóng cơ khi gặp nhau và giao thoa nhau cần phải đáp ứng những điều kiện sau:
- Xuất pháp từ 2 nguồn dao động khác nhau.
- Hai nguồn dao động có cùng phương và cùng tần số.
- Hai nguồn dao động có hiệu số pha không thay đổi theo thời gian.
Bài viết tham khảo: Bức xạ nhiệt là gì? Ứng dụng của bức xạ nhiệt trong thực tế
Một số dạng bài tập về sóng cơ học
Dạng 1: Bài tập tìm các đại lượng của sóng
Ghi nhớ các công thức:
Nếu cho biết số ngọn sóng quan sát được là n trong khoảng thời gian t thì chu kỳ T được xác định như sau:
Cho biết L là khoảng cách của n đỉnh sóng liên tiếp thì bước sóng được xác định như sau:
Gọi L là khoảng cách từ đỉnh sóng thứ m đến đỉnh sóng thứ n thì ta có:
Ví dụ 1: Một người ngồi trên bờ thấy có 10 ngọn sóng liên tiếp nhau được truyền trong 45 giây. Khoảng cách giữa 2 ngọn sóng gần nhau nhất là 4m. Hãy xác định tần số sóng, vận tốc truyền sóng?
Lời giải:
Ví dụ 2: Một người quan sát chiếc bao trên sóng thì thấy nó nhấp nhô tại chỗ 10 lần liên tiếp trong 27 giây. Khoảng cách giữa 5 ngọn sóng liên tiếp là 20m. Hãy cho biết tốc độ truyền sóng?
Lời giải:
Dạng 2: Độ lệch pha giữa 2 điểm trong cùng 1 phương truyền sóng
Phương pháp: Nắm rõ điều kiện để 2 điểm dao động trong phương truyền sóng cùng pha, ngược pha và vuông góc với nhau.
Ví dụ minh họa: Sóng cơ có tần số 50Hz lan truyền trong môi trường với vận tốc là 160m/s. Tại cùng thời điểm, hai điểm gần nhau nhất trên cùng phương truyền sóng dao động ngược pha với nhau. Hãy xác định khoảng cách giữa 2 điểm?
Lời giải:
Dạng 3: Bài tập liên quan đến phương trình sóng
Phương pháp chung: Nắm rõ phương trình sóng là gì, các đại lượng trong phương trình sóng và cách tính.
Ví dụ minh họa:
Trên đây là thông tin chia sẻ trên sẽ giúp các bạn hiểu rõ định nghĩa sóng cơ là gì và một số dạng bài tập cơ bản. Mong rằng đây sẽ là nguồn tài liệu tham khảo giúp ích cho các bạn học sinh trong quá trình ôn luyện nhé!
