Sóng âm là những dao động cơ lan truyền trong môi trường (rắn, lỏng, khí). Sóng âm là sóng dọc: các phần tử môi trường dao động dọc theo phương truyền sóng, tạo ra các vùng nén và vùng dãn.
- Tần số quyết định độ CAO (trầm/bổng): f lớn → âm bổng.
- Biên độ quyết định độ TO: biên độ lớn → âm to.
- Tai người nghe được âm có tần số khoảng 16 Hz – 20 000 Hz.
- Âm có f < 16 Hz gọi là hạ âm; f > 20 000 Hz gọi là siêu âm.
Thí nghiệm tương tác — hãy làm theo từng bước
- 1Tăng tần số: các vòng nén–dãn xít nhau hơn → âm bổng hơn.
- 2Tăng biên độ: các vòng nén–dãn rõ hơn → âm to hơn.
- 3Quan sát vùng đỏ (nén) và vùng xanh (dãn) lan ra từ nguồn âm.
Sóng âm
- Vùng nén (mật độ cao)
- Vùng dãn (mật độ thấp)
- Đồ thị dao động âm
- Tần số f
- 2.0 Hz
- Biên độ
- 30
- Độ cao âm
- Trung bình
Tần số quyết định độ cao (trầm/bổng) của âm; biên độ quyết định độ to. Sóng âm là sóng dọc: các lớp không khí nén và dãn lan truyền từ nguồn ra xa.
Đề bài
Một âm có tần số 50 Hz. Chu kì của âm này là bao nhiêu?
Lời giải
T = 1/f = 1/50 = 0,02 s.
Vật lý sóng âm quanh em
Tai em nghe được mọi âm thanh trong ngày là nhờ sóng âm lan truyền qua không khí — và mỗi âm thanh đều mang theo những thông tin vật lý thú vị.
Nghe tiếng sấm sau khi thấy tia chớp
Ánh sáng truyền đi gần như tức thời, còn âm thanh chỉ lan trong không khí với tốc độ khoảng 340 m/s. Vì thế ta nhìn thấy tia chớp trước rồi mới nghe tiếng sấm. Đếm số giây giữa chớp và sấm rồi chia cho tốc độ âm, ta ước lượng được khoảng cách tới nơi có sét.
Lý thuyết của bài: v âm ≈ 340 m/s — âm lan chậm hơn nhiều so với ánh sáng.
Đàn ông giọng trầm, phụ nữ và trẻ em giọng bổng hơn
Độ cao của giọng do tần số dao động của dây thanh quyết định. Dây thanh cuả nam giới dài và dày hơn nên dao động chậm, tần số thấp, cho giọng trầm; trẻ em có dây thanh ngắn nên tần số cao hơn, giọng bổng hơn. Vì f = 1/T, tần số càng lớn thì chu kì dao động càng nhỏ và âm càng cao.
Lý thuyết của bài: f = 1/T — tần số quyết định độ cao của âm.
Hét thật to trước vách núi lại nghe thấy tiếng vọng
Sóng âm của em lan tới vách đá rồi phản xạ trở lại tai. Nếu quãng đường đi về đủ xa, tai tách được tiếng vọng ra khỏi tiếng gốc. Nhờ biết tốc độ âm khoảng 340 m/s và thời gian nghe tiếng vọng, ta tính được khoảng cách tới vách núi.
Lý thuyết của bài: Sóng âm phản xạ trên mặt chắn tạo ra tiếng vang.
Dơi bay trong đêm tối mà không đụng vật cản
Dơi phát ra siêu âm có tần số trên 20 000 Hz, vượt quá ngưỡng nghe của tai người. Sóng siêu âm đập vào vật cản rồi dội lại, dơi nhận tiếng dội để "nhìn" được môi trường xung quanh. Cùng với sóng âm, các thiết bị siêu âm y tế cũng dùng nguyên lí phản xạ này để dò hình ảnh bên trong cơ thể.
Lý thuyết của bài: Siêu âm có f > 20 000 Hz; phản xạ siêu âm dùng để định vị.
Đặt tay lên ngực, cảm nhận tiếng tim và hơi thở
Khi tim đập và phổi thay đổi, thành ngực rung động như một màng loa, nén và dãn lớp không khí phía trước. Chính các vùng nén và dãn này lan tới tai người nghe dưới dạng sóng âm. Đó là lí do bác sĩ dùng ống nghe — nó dẫn sóng âm từ ngực bệnh nhân trực tiếp tới tai.
Lý thuyết của bài: Sóng âm là sóng dọc gồm các vùng nén và vùng dãn lan truyền.
Vì sao lại có công thức f = 1/T?
Trực giác:Chu kì T là thời gian để nguồn âm thực hiện đúng một dao động. Nếu một dao động mất ít thời gian, thì trong một giây nguồn làm được nhiều dao động, tức tần số cao. Vậy tần số chính là "số chu kì gói trong một giây".
- 1Định nghĩa chu kì T: thời gian để vật (hoặc nguồn âm) thực hiện một dao động toàn phần.
- 2Trong khoảng thời gian T giây, nguồn thực hiện được đúng 1 dao động.
- 3Vậy trong 1 giây, nguồn thực hiện được số dao động là 1/T. Theo định nghĩa, số dao động trong một giây chính là tần số f.
- 4Suy ra f = 1/T, và tương đương T = 1/f. Với âm thanh trong không khí, tốc độ truyền gần đúng 340 m/s ở nhiệt độ thường.
- 5Kiểm chứng: âm có chu kì 0,02 s thì f = 1/0,02 = 50 Hz — tai người nghe rõ nốt trầm này.
Ý nghĩa: Công thức f = 1/T chỉ là mối liên hệ nghịch giữa tần số và chu kì: tần số càng lớn thì mỗi dao động càng ngắn. Kết hợp với v ≈ 340 m/s, ta tính được bước sóng của âm trong không khí theo λ = v/f.