CHƯƠNG II: SÓNG CƠ HỌC

§1. Hiện tượng sóng trong cơ học.

1. Sóng cơ học là gì?

- Sóng cơ học là quá trình truyền của dao động cơ học trong môi trường vật chất.

- Chỉ có dao động truyền đi theo sóng, còn các phần tử vật chất luôn dao động quanh vị trí cân bằng xác định của chúng.

- Nếu phương dao động của các phần tử vật chất:

* Vuông góc với phương truyền sóng, ta có sóng ngang.

* Trùng với phương truyền sóng, ta có sóng dọc.

2. Các đặc trưng của sóng:

- Bước sóng $\lambda$ là khoảng cách giữa hai điểm trên phương truyền sóng gần nhau nhất có pha dao động như nhau.

- Chu kỳ T và tần số f của sóng chính là chu kỳ và tần số dao động của các phần tử vật chất tham gia vào quá trình truyền sóng trong môi trường.

Có thể nói bước sóng là đoạn đường sóng truyền được sau khoảng thời gian đúng bằng chu kỳ sóng.

3. Biên độ sóng và năng lượng sóng:

- Biên độ dao động của các phần tử vật chất tại từng điểm sóng truyền qua là biên độ sóng tại điểm ấy.

- Năng lượng dao động của các phần tử vật chất được truyền đi theo sóng thành năng lượng sóng. Trong không gian truyền sóng, năng lượng sóng tại từng điểm tỉ lệ nghịch với bình phương đoạn đường sóng đã truyền được.

§2. Sóng âm.

1. Sóng âm là gì?

- Sóng âm là sóng cơ học (sóng dọc) truyền trong không gian vật chất và được con người tiếp nhận bằng thính giác.

- Phân loại âm theo tần số:

2. Các đặc trưng của sóng âm:

- Vận tốc truyền âm: phụ thuộc nhiệt độ và bản chất của môi trường truyền âm.

v rắn > v lỏng > v khí; v chân không = 0

- Độ cao của âm: Do tần số của âm quyết định. Âm càng cao tần số càng lớn.

* Nhạc âm: Âm có tần số xác định.

* Tạp âm: Âm hỗn hợp nhiều tần số.

- Âm sắc: Sắc thái của âm tổng hợp, quyết định bởi sự kết hợp về độ cao và tần số giữa âm cơ bản và các họa âm có trong âm tổng hợp ấy.

- Cường độ và độ to của âm:

* Cường độ âm:

Mức cường độ âm $L_{B}$ = lg$\large \frac{I}{I_{0}}$ hay $L_{dB}$ = 10log$\large \frac{I}{I_{0}}$

với $I_{0}$ = cường độ chuẩn.

1 Ben (1B) = 10 đề xi ben (10dB)

Với tai người: $L_{min}$ = 1 dB

* Độ to của âm là mức độ gây cảm giác cho tai người (nghe rõ hay không), phụ thuộc cả cường độ và tần số âm.

Cường độ chuẩn $I_{0}$ = ngưỡng nghe của âm có tần số 1.000Hz.

§3. Giao thoa sóng cơ học.

1. Hiện tượng.

- Định nghĩa:

Giao thoa sóng cơ học là hiện tượng tổng hợp của các sóng cơ học kết hợp trong không gian, trong đó có những chỗ cố định mà biên độ sóng được tăng cường hoặc giảm bớt.

- Sóng kết hợp:

Hai nguồn kết hợp là hai nguồn dao động cùng phương, cùng tần số và cùng pha hay độ lệch pha không đổi theo thời gian. Sóng do chúng phát ra được gọi là sóng kết hợp.

- Độ lệch pha: $\Delta \varphi$ = 2$\pi$$\large \frac{d}{\lambda }$ với d = $\mid d_{2}-d_{1}\mid$

* Khi d = n$\lambda$ (n = 0, 1, 2, ...), tại M có cực đại giao thoa (biên độ sóng tổng hợp lớn nhất).

* Khi d = (2n + 1)$\large \frac{\lambda }{2}$, tại M có cực tiểu giao thoa (biên độ sóng tổng hợp nhỏ nhất).

2. Sóng dừng.

Sóng dừng là kết quả giao thoa của hai sóng kết hợp truyền tới ngược chiều nhau.

Sóng (1) và (2) truyền ngược chiều nhau. Các nút (N) và bụng (B) không truyền đi: Sóng dừng.

Sóng dọc và sóng ngang đều có thể có sóng dừng.

Hệ thức: v = $\lambda$f.