Lý thuyết giao thoa sóng cơ đầy đủ và chi tiết

Sóng có nhiều hiện tượng, ví dụ như phản xạ, khúc xạ. Qua bài hôm nay ta sẽ biết thêm về hiện tượng nhiễu xạ và giao thoa của sóng. Đây là những đặc điểm cố hữu của sóng.

1. Nhiễu xạ sóng là gì?

Là hiện tượng sóng không còn tuân theo định luật truyền thẳng khi sóng truyền qua các khe hẹp hoặc các mép mỏng, vách ngăn nào đó. 

Nhiễu xạ là hiện tượng mà sóng nào cũng có.

Lý thuyết giao thoa sóng2. Sóng kết hợp là gì?

Sóng kết hợp là sóng dao động cùng tần số và có độ lệch pha không đổi theo thời gian hay sóng kết hợp do nguồn kết hợp tạo ra

Lưu ý: hai nguồn được gọi là nguồn kết hợp khi chúng có cùng phương, cùng tần số, cùng pha hoặc độ lệch pha không đổi theo thời gian

3. Giao thoa sóng là gì?

3.1 Điều kiện giao thoa sóng

Thí nghiệm: Trên mặt nước yên lặng, Ta gõ nhẹ cần rung gồm một cặp hai mũi nhọn S1, S2 trên mặt nước cho nó dao động (Hai mũi nhọn này chính là hai nguồn kết hợp). Quan sát thấy trên mặt nước xuất hiện một loạt gợn sóng ổn định lan rộng ra mặt nước có hình các đường hypebol và có tiêu điểm S1, S2. 

Lý thuyết giao thoa sóng

Nếu để ý kĩ, ta có thể thấy có những đường sóng dao động cao hơn bình thường và có những đường thấp hơn bình thường

Những đường dao động cao hơn bình thường được gọi là đường cực đại, còn những đường thấp hơn bình thường được gọi là đường cực tiểu. 

Vậy điều kiện để xảy ra giao thoa sóng là: Hai nguồn A, B cùng tần số, độ lệch pha của sóng do 2 nguồn tạo ra không đổi (hai sóng kết hợp) gặp nhau, các phần tử vật chất dao động cùng phương. 

3.2 Định nghĩa giao thoa sóng

Giao thoa sóng là sự gặp nhau trong không gian của hai sóng kết hợp trong đó biên độ sóng được tăng cường (cực đại) hoặc giảm bớt (cực tiểu). Hình ảnh giao thoa sóng chính là các đường cực đại, cực tiểu xen kẽ nhau, đối xứng qua đường trung trực

3.3 Phương trình giao thoa 

Trên mặt nước tại hai điểm A, B có hai nguồn dao động với phương trình :

Lý thuyết giao thoa sóng

Trong vùng giao thoa sóng cơ, xét điểm M cách A, B các đoạn d1, d2 và nằm trên vùng giao thoa sóng. Bây giờ ta sẽ đi tìm phương trình dao động của M để xem nó dao động cực đại hay cực tiểu.

Tại M là tổng hợp của hai sóng truyền từ A và B.

Sóng tại M do A, B truyền đến:

Lý thuyết giao thoa sóng

Sóng tổng hợp tại M: Um=Uam+Ubm. Vậy:

Lý thuyết chương sóng cơ

Áp dụng công thức cos + cos =2cos. cos, ta được:

Lý thuyết giao thoa sóng

Qua chứng minh người ta kết luận được rằng, ở đâu có giao thoa thì ở đó có sóng

3.4. Cực đại và cực tiểu

a) Vị trí các cực đại của giao thoa sóng

Những điểm cực đại là những điểm dao động với biên độ cực đại. Đó là những điểm thỏa mãn:

Lý thuyết giao thoa sóng

Suy ra:

Lý thuyết giao thoa sóng

Nghĩa là: d2-d1=kλ (với k là các số nguyên)

Ta rút ra kết luận: Những điểm tại đó dao động có biên độ cực đại là những điểm mà hiệu đường đi của hai sóng từ nguồn truyền tới bằng một số nguyên lần bước sóng λ

b) Vị trí các cực tiểu giao thoa sóng

Những điểm cực tiểu giao thoa là những điểm đứng yên. Đó là những điểm thỏa mãn:

Lý thuyết giao thoa sóng

Nghĩa là: d2-d1=(k+1/2)λ (với k là các số nguyên)

Kết luận: Những điểm tại đó dao động triệt tiêu là những điểm mà hiệu đường đi của hai sóng từ nguồn truyền tới bằng một số nửa nguyên lần bước sóng

Lưu ý: Tất cả các công thức trên được xây dựng dựa trên 2 nguồn cùng pha

Trên đây là lý thuyết cũng như những công thức giao thoa sóng cơ bản nhất. Phần tiếp theo sẽ là các dạng bài tập giao thoa sóng hay xuất hiện trong các đề thi THPT

4. Bài tập vận dụng

Dạng 1: Các dạng bài tập của giao thoa với hai nguồn cùng pha

Xét hai nguồn uA=uB=a cos(wt+φ). Một điểm M cách A, B các đoạn d1, d2.

Lý thuyết giao thoa sóng

Biên độ sóng tại M:

Lý thuyết giao thoa sóng

Độ lệch pha của 2 sóng tại M:

Lý thuyết giao thoa sóng

Pha ban đầu của sóng tại M:

Lý thuyết giao thoa sóng

Dạng 2: Những điểm đặc biệt nằm trên đường trung trực 2 nguồn cùng pha 

Lý thuyết giao thoa sóng

Lý thuyết giao thoa sóng

Xem thêm:

Các dạng bài tập sóng cơ và cách giải nhanh

Lý thuyết sóng âm và bài tập minh họa