Sóng cơ là dao động lan truyền trong một môi trường. Điều quan trọng: sóng truyền năng lượng đi, nhưng các phần tử môi trường chỉ dao động tại chỗ quanh vị trí cân bằng.
- Bước sóng λ: quãng đường sóng truyền trong một chu kì.
- Chu kì T: thời gian một phần tử thực hiện một dao động toàn phần.
- Tần số f: số dao động toàn phần trong một giây, f = 1/T.
- Sóng ngang: phần tử dao động vuông góc với phương truyền sóng.
Thí nghiệm tương tác — hãy làm theo từng bước
- 1Quan sát các hạt trên dây chỉ dao động lên xuống tại chỗ, còn sóng (đường cong) lan sang phải.
- 2Tăng λ: các đỉnh sóng thưa ra, tần số giảm (nếu v không đổi).
- 3Tăng tốc độ v: sóng chạy nhanh hơn.
- 4Kiểm chứng công thức v = λf.
Sóng ngang lan truyền
- Sóng (đường cong)
- Phần tử dây (dao động tại chỗ)
- Bước sóng λ
- Biên độ A
- Bước sóng λ
- 120 px
- Tốc độ v
- 60 px/s
- Tần số f = v/λ
- 0.50 Hz
- Chu kì T = 1/f
- 2.00 s
Sóng truyền đi với tốc độ v, nhưng mỗi phần tử môi trường chỉ dao động quanh vị trí cân bằng. Hệ thức liên hệ: v = λ·f.
Đề bài
Một sóng có bước sóng 2 m, tần số 5 Hz. Tính tốc độ truyền sóng.
Lời giải
v = λf = 2·5 = 10 m/s.
Vật lý sóng cơ quanh em
Sóng cơ có mặt ở khắp nơi — từ gợn sóng trên mặt hồ đến sóng lan truyền trên sợi dây, và cả những hiện tượng ta nhìn thấy nhưng ít khi để ý.
Chiếc phao nổi lên xuống nhưng không trôi theo sóng biển
Sóng lan trên mặt nước truyền năng lượng và dao động đi, chứ không mang nước đi theo. Vì thế phao chỉ nhấp nhô tại chỗ quanh vị trí cân bằng đúng như các phần tử nước. Đây là minh chứng rõ nhất cho việc sóng truyền dao động chứ không truyền vật chất.
Lý thuyết của bài: Sóng truyền năng lượng, phần tử môi trường chỉ dao động tại chỗ.
Thả một hòn sỏi xuống hồ, gợn nước lan thành những vòng tròn
Hòn sỏi chạm mặt nước tạo ra một dao động tại chỗ, dao động đó lan ra mọi hướng thành sóng. Các vòng tròn cách nhau đúng một bước sóng λ, và theo hệ thức v = λf, khoảng cách giữa hai vòng liên tiếp càng lớn khi sóng lan càng nhanh. Tốc độ truyền sóng trên mặt nước đặc trưng cho môi trường, không đổi nếu độ sâu không đổi.
Lý thuyết của bài: v = λf — bước sóng là quãng đường sóng truyền trong một chu kì.
Giật một đầu dây thừng, một "làn sóng" chạy dọc theo dây
Khi em giật đầu dây thừng, các đoạn dây lần lượt dao động lên xuống rồi trở về vị trí ban đầu, còn xung sóng chạy tới đầu kia. Đây chính là sóng ngang: phần tử dây dao động vuông góc với phương truyền sóng, và sóng chỉ truyền năng lượng chứ không kéo dây đi theo.
Lý thuyết của bài: Sóng ngang: phần tử môi trường dao động vuông góc với phương truyền.
Ngồi trên thuyền, cả con thuyền nhấp nhô lên xuống theo sóng
Thuyền chịu tác dụng của sóng nước truyền từ xa tới và dao động theo đúng chu kì của sóng. Nhịp nhấp nhô của thuyền trong một giây chính là tần số f = 1/T của sóng. Nếu sóng càng dồn dập (f lớn) thì thuyền nhấp nhô càng nhanh và khoảng cách giữa hai đỉnh sóng kề nhau (bước sóng) càng ngắn khi v không đổi.
Lý thuyết của bài: v = λf = λ/T — chu kì sóng quyết định nhịp nhấp nhô của vật nổi.
Rung một sợi dây đàn nằm giữa hai điểm cố định, nó tạo ra "bụng sóng"
Khi dây đàn bị gảy, sóng chạy tới lui giữa hai đầu cố định và phản xạ liên tục. Các sóng tới và sóng phản xạ gặp nhau tạo ra những điểm đứng yên (nút) và điểm dao động mạnh nhất (bụng), tạo thành sóng dừng. Khoảng cách giữa hai nút liên tiếp bằng nửa bước sóng λ/2, giúp xác định bước sóng trên dây.
Lý thuyết của bài: Sóng dừng: khoảng cách hai nút liên tiếp bằng λ/2.
Vì sao lại có công thức v = λf?
Trực giác:Mỗi dao động toàn phần, sóng nhích lên được đúng một bước sóng λ. Một giây có f dao động, nên trong một giây sóng đi được f lần λ. Quãng đường đi trong một giây chính là tốc độ, vì vậy v = λ·f.
- 1Định nghĩa bước sóng: λ là quãng đường sóng truyền được trong đúng một chu kì T.
- 2Vì sóng đi đều, tốc độ truyền sóng bằng quãng đường chia thời gian, tức v = λ/T.
- 3Mà tần số là số dao động trong một giây, liên hệ với chu kì bởi f = 1/T, suy ra 1/T = f.
- 4Thay f = 1/T vào v = λ/T, ta được v = λf. Vậy công thức là hệ quả trực tiếp của định nghĩa bước sóng.
- 5Kiểm chứng: sóng có λ = 2 m và f = 5 Hz thì v = 2·5 = 10 m/s — đúng bằng quãng đường đi trong một giây.
Ý nghĩa: Công thức v = λf chỉ là cách diễn đạt tốc độ truyền sóng theo bước sóng và tần số. Nó cho thấy khi tốc độ sóng do môi trường quyết định và không đổi, bước sóng tỉ lệ nghịch với tần số: sóng càng bổng (f lớn) thì bước sóng càng ngắn.