Củng cố kiến thức

6. Sóng cơ và sự truyền sóng cơ

I. Sóng cơ

1. Thí nghiệm

Một cần rung, tạo bởi một thanh thép mỏng, đàn hồi, một đầu được kẹp chặt bằng êtô, đầu kia có gắn một mũi nhọn S. Dưới cần rung có một chậu nước rộng.

- Đặt cần rung cho mũi S cao hơn mặt nước. Gõ nhẹ cho cần rung dao động nhưng mũi S không chạm mặt nước, mẩu nút chai nhỏ ở M vẫn bất động.

- Hạ cần rung thấp xuống, cho mũi S vừa chạm vào mặt nước tại O. Lại gõ nhẹ cho cần rung dao động, ta thấy sau một thời gian ngắn, mẩu nút chai cũng dao động.

Vậy, dao động từ O đã truyền qua nước tới M. Ta nói, đã có sóng trên mặt nước và O là nguồn sóng.

2. Định nghĩa

Sóng cơ là dao động cơ lan truyền trong một môi trường.

3. Sóng ngang

Sóng ngang là sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng.

4. Sóng dọc

Sóng dọc là sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương trùng với phương truyền sóng.

II. Các đặc trưng của một sóng hình sin

1. Sự truyền của một sóng hình sin

Dùng một sợi dây mềm, dài, căng ngang, đầu Q gắn vào tường, còn đầu P gắn vào một cần rung có tần số thấp mà ta không vẽ trên hình a. Cho cần rung dao động, làm đầu P của dây dao động điều hòa theo phương thẳng đứng. Trên dây xuất hiện một sóng cơ có dạng hình sin lan truyền về đầu Q gọi là một sóng hình sin. Biểu diễn hình dạng của sợi dây tại các thời điểm:

$t = 0, t = \frac{T}{4},t = \frac{{2T}}{4},t = \frac{{3T}}{4},...$

Với T là chu kì dao động của P.

Sau thời gian T, dao động của điểm P đã truyền tới điểm P₁, ở cách P một đoạn: PP₁=λ=vT và P₁ bắt đầu dao động hoàn toàn giống như P. Dao động từ P₁lại tiếp tục truyền xa hơn nên dây có dạng một đường hình sin, với các đỉnh không cố định mà dịch chuyển theo phương truyền sóng với tốc độ v.

2. Các đặc trưng của một sóng hình sin

a) Biên độ A của sóng: là biên độ dao động của một phần tử của môi trường có sóng truyền qua.

b) Chu kì T (hoặc tần số) của sóng: là chu kì dao động của một phần tử của môi trường có sóng truyền qua.

$f = \frac{1}{T}$ gọi là tần số của sóng.

c) Tốc độ truyền sóng v: là tốc độ lan truyền dao động trong môi trường. Đối với mỗi môi trường, tốc độ truyền sóng v có một giá trị không đổi.

d) Bước sóng λ: là quãng đường mà sóng truyền được trong một chu kì.

$\lambda = vT = \frac{v}{f}$

Hai phần tử cách nhau một bước sóng thì dao động đồng pha với nhau.

e) Năng lượng sóng: là năng lượng dao động của các phần tử của môi trường có sóng truyền qua.

III. Phương trình sóng

Phương trình của một sóng hình sin truyền theo trục x:

${u_M} = A\cos \omega (t - \frac{x}{v}) $
$= Acos2\pi (\frac{t}{T} - \frac{x}{\lambda })$

trong đó u_M là li độ tại điểm M có tọa độ x vào thời điểm t.

Bài tập