Chương 2
SÓNG CƠ HỌC
A. KIẾN THỨC CƠ BẢN
I. SÓNG CƠ HỌC
1. Định nghĩa:
- Sóng cơ học là những dao động cơ học lan truyền theo thời gian trong môi trường vật chất.
- Sóng ngang là sóng có phương dao động vuông góc với phương truyền sóng.
- Sóng dọc là sóng có phương dao động trùng với phương truyền sóng.
2. Các đại lượng đặc trưng của sóng:
a. Chu kỳ sóng: Chu kỳ sóng là chu kỳ dao động chung của các phần tử vật chất khi có sóng truyền qua. (Ký hiệu: T; đơn vị: giây (s))
b. Tần số sóng: là đại lượng nghịch đảo của chu kỳ sóng.(Ký hiệu: f; đơn vị: (Hz))


c. Vận tốc truyền sóng: Vận tốc truyền sóng là vận tốc truyền pha dao động. (Ký hiệu: v)
d. Biên độ sóng: Biên độ dao động sóng là biên độ dao động chung của các phần tử vật chất khi có sóng truyền qua. (Ký hiệu: a)
e. Năng lượng sóng:
- Quá trình truyền sóng là quá trình truyền năng lượng.
- Nếu sóng truyền từ một nguồn điểm trên mặt phẳng, năng lượng của sóng giảm tỷ lệ với quãng đường truyền sóng.
- Nếu sóng truyền từ một nguồn điểm trong không gian, năng lượng của sóng giảm tỷ lệ với bình phương quãng đường truyền sóng.
f. Bước sóng:
- Định nghĩa 1: Bước sóng là khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng và dao động cùng pha với nhau. (Ký hiệu: ()
+ Hệ quả:
Những điểm cách nhau một số nguyên lần bước sóng trên phương truyền sóng thì dao động cùng pha:
(
).
Những điểm cách nhau một số lẻ lần nửa bước sóng trên phương truyền sóng thì dao động ngược pha:
(
).
- Định nghĩa 2: Bước sóng là quãng đường mà sóng truyền được trong một chu kỳ dao động cúa sóng.


II. HIỆN TƯỢNG GIAO THOA SÓNG
1. Định nghĩa:
Giao thoa là sự tổng hợp của hai hay nhiều sóng kết hợp trong không gian, trong đó có những chỗ cố định mà biên độ sóng được tăng cường hoặc bị giảm bớt.
2. Nguồn kết hợp. Sóng kết hợp:
- Nguồn kết hợp là hai nguồn dao động cùng tần số, cùng pha hoặc với độ lệch pha không đổi theo thời gian.
- Sóng kết hợp là sóng được tạo ra từ nguồn kết hợp.
3. Lý thuyết về giao thoa:
Giả sử A và B là hai nguồn kết hợp có phương trình sóng
và cùng truyến đến điểm M ( với MA = d1 và MB = d2 ). Gọi v là vận tốc truyền sóng. Phương trình dao động tại M do A và B truyền đến lần lượt là:

Phương trình dao động tại M:
có độ lệch pha:

Nếu

: Hai sóng cùng pha. Biên độ sóng tổng hợp đạt giá trị cực đại.
Nếu

: Hai sóng ngược pha. Biên độ sóng tổng hợp bằng không.
III. SÓNG DỪNG
Sóng dừng là sóng có các điểm nút và điểm bụng cố định trong không gian.
Nguyên nhân xảy ra hiện tượng sóng dừng: do sự giao thoa giữa sóng tới và sóng phản xạ của nó.
Khoảng cách giữa hai điểm nút hoặc hai điểm bụng liên tiếp bằng
.
Hiện tượng sóng dừng ứng dụng để xác định vận tốc truyền sóng.
IV. SÓNG ÂM
Sóng âm và cảm giác âm:
Những dao động có tần số từ 16Hz đến 20000Hz gọi là dao động âm. Sóng có tần số trong miền đó gọi là sóng âm
Sóng cơ học có tần số lớn hơn 20000Hz gọi là sóng siêu âm.
Sóng cơ học có tần số nhỏ hơn 16Hz gọi là sóng hạ âm.
Sự truyền âm. Vận tốc âm:
Sóng âm truyền được trong môi trường chất rắn, chất lỏng và chất khí. Sóng âm không truyền được trong môi trường chân không.
Vận tốc truyền âm phụ thuộc tính đàn hồi, mật độ môi trường, nhiệt độ môi trường.
Độ cao của âm:
Độ cao của âm là đặc tính sinh lý của âm, nó dựa vào một đặc tính vật lý của âm là tần số.
4. Âm sắc:
Âm sắc là đặc tính sinh lý của âm, được hình thành trên cơ sở đặc tính vật lý của âm là tần số và biên độ.
Năng lượng âm:
Sóng âm mang năng lượng tỷ lệ với bình phương biên độ sóng.
Cường độ âm là lượng năng lượng được sóng âm truyền đi trong một đơn vị thời gian qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền âm. Đơn vị W/m2.
Mức cường độ âm: Gọi I là cường độ âm, I0 là cường độ âm chọn làm chuẩn.