Lí thuyết về sóng cơ và sự truyền sóng cơ

I- ĐỊNH NGHĨA SÓNG CƠ.

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

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

Sóng ngang truyền trong: Chất rắn và bề mặt chất lỏng.

Ví dụ: sóng trên mặt nước, sóng trên sợi dây cao su.

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

Sóng dọc truyền trong: tất cả các môi trường rắn, lỏng, khí.

Ví dụ: sóng âm, sóng trên một lò xo.

Khi sóng truyền qua, các phần tử của môi trường chỉ dao động quanh vị trí cân bằng của chúng mà không chuyển dời theo sóng, chỉ có pha dao động của chúng được truyền đi.

II- PHƯƠNG TRÌNH SÓNG VÀ CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CỦA SÓNG HÌNH SIN.

  • Tại nguồn O: \({u_0} = {A_0}cos(\omega t)\)
  • Tại M cách O một khoảng \(x{\rm{ }} = {\rm{ }}v\Delta t\) trên phương truyền sóng: \({u_M} = Acos\omega (t - \Delta t).\)

\({u_M} = Acos\omega (t - \dfrac{x}{v}) = Acos2\pi (\dfrac{t}{T} - \dfrac{x}{\lambda }){\rm{ }}\left( 1 \right)\)

Với \(t \ge x/v\)

Phương trình (1) là phương trình của một sóng hình sin truyền theo trục x.

PT (1) là một hàm vừa tuần hoàn theo thời gian, vừa tuần hoàn theo không gian.

Các đại lượng của 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 \(T\): là chu kỳ dao động của một  phần tử  của môi trường  sóng truyền qua.

- Tần số  \(f\): là đại lượng nghịch đảo của chu kỳ sóng : \(f=\dfrac{1}{T}\)

-Tốc độ truyền sóng \(v\):là tốc độ lan truyền dao động trong môi trường

  • Phụ thuộc vào bản chất của môi trường truyền (tính đàn hồi và mật độ môi trường): \({v_R} > {\rm{ }}{v_L} > {\rm{ }}{v_K}\)
  • Tốc độ truyền sóng khác vận tốc dao động của các phần tử vật chất khi sóng truyền qua.

- Bước sóng $\lambda $: là quãng đường mà sóng  truyền được trong một chu kỳ.   \(\lambda  = vT = \dfrac{v}{f}\)

(Bước sóng l cũng là khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng dao động cùng pha).

- Năng lượng sóng: Năng lượng sóng là năng lượng dao động của các phần tử của môi trường có sóng truyền qua. Khi sóng cơ truyền càng xa nguồn thì biên độ và năng lượng sóng càng giảm

Đối với sóng truyền đi từ một nguồn điểm:

+ Trong không gian thì năng lượng sóng trải ra trên các mặt cầu có bán kính tăng dần nên năng lượng giảm tỉ lệ với bình phương quãng đường truyền sóng

+ Trong mặt phẳng thì năng lượng sóng trải ra trên các đường tròn có bán kính tăng dần nên năng lượng sóng giảm tỉ lệ với quãng đường truyền sóng

+ Khi sóng chỉ truyền theo một phương trên một đường thẳng (trong trường hợp lí tưởng), thì năng lượng của sóng không bị giảm và biên độ sóng ở mọi điểm sóng truyền tới là như nhau, nghĩa là biên độ dao động của mọi phần tử mà sóng truyền tới là như nhau.

Khi truyền trong các môi trường, tần số sóng không thay đổi. Tốc độ truyền sóng và bước sóng thay đổi, cụ thể:

\(v = \dfrac{{{v_{kk/ck}}}}{n};\lambda  = \dfrac{{{\lambda _{kk/ck}}}}{n}\)

với n là chiết suất của môi trường truyền

Luyện bài tập vận dụng tại đây!