Lý thuyết chương sóng cơ đầy đủ và chi tiết nhất

Chương sóng cơ là một chương quan trọng, gồm đa dạng kiến thức. Nhằm giúp bạn đọc nắm được cấu trúc và kiến thức trọng tâm của chương sóng cơ; tất tần tật về lý thuyết chương sóng cơ sẽ được tổng hợp trong bài hôm nay.

I. Sóng cơ và sự truyền sóng cơ

1. Lý thuyết sóng cơ và sự truyền sóng cơ

Định nghĩa sóng cơ: Sóng cơ là dao động cơ lam truyền trong môi trường vật chất.

Phân loại sóng cơ:

Sóng ngang: Sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng. Sóng ngang chỉ truyền được trên mặt nước và trong chất rắn.

Sóng dọc: Sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương trùng với phương truyền sóng. Sóng dọc truyền được cả trong chất khí, chất lỏng và chất rắn.

Sóng cơ không truyền được trong môi trường chân không.

Đặc trưng của sóng hình sin:

Biên độ sóng (A): Biên độ dao động của một phần tử của môi trường có sóng truyền qua.

Chu kỳ sóng (T): Chu kỳ dao động của một phần tử của môi trường mà sóng truyền qua.

Tần số (f): Nghịch đảo của chu kì sóng.

Tốc độ truyền sóng (v): Tốc độ lan truyền dao động trong môi trường.

Tốc độ truyền sóng cơ phụ thuộc vào môi trường: v rắn>v lỏng>v khí.

Bước sóng λ : Quãng đường sóng truyền được trong một chu kỳ

Khi truyền sóng cơ, chỉ có pha dao động được truyền đi còn các phần tử của môi trường không truyền đi mà chỉ dao động quanh vị trí cân bằng.

Năng lượng sóng: là năng lượng dao động của các phần tử môi trường có sóng truyền qua.

2. Công thức

+) Liên hệ giữa bước sóng, vận tốc, chu kì:

Lý thuyết chương sóng cơ

+) Nếu tại nguồn O phương trình sóng là 

Lý thuyết chương sóng cơ

Thì phương trình sóng tại M trên phương truyền sóng là:

Lý thuyết chương sóng cơ

+) Độ lệch pha của hai dao động ở hai điểm cách nhau một khoảng là d:

Lý thuyết chương sóng cơ

  • Nếu d=kλ thì hai dao động cùng pha
  • Nếu d=(k+1/2)λ thì hai dao động ngược pha
  • Nếu d=λ/4 thì hai dao động vuông pha

Xem thêm:

Các dạng bài tập sóng cơ và cách giải nhanh

Công thức tính bước sóng và Bài tập vận dụng

II. Giao thoa sóng

1. Lý thuyết

Điều kiện giao thoa sóng: Hai nguồn 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. 

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

Những điểm cực đại là những điểm dao động với biên độ cực đại.

Những điểm cực tiểu giao thoa là những điểm đứng yên.

2. Công thức

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

Lý thuyết chương sóng cơ

=> Sóng tổng hợp tại M trong vùng giao thoa:

Lý thuyết chương sóng cơ

Những điểm cực đại thỏa mãn: d2-d1=kλ (với k là các số nguyên)

Những điểm cực tiểu thỏa mãn: d2-d1=(k+1/2)λ (với k là các số nguyên)

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

Xem thêm:

Bài tập giao thoa sóng cơ hay và có lời giải

Lý thuyết giao thoa sóng cơ đầy đủ và chi tiết

III. Sóng dừng

1. Lý thuyết

Định nghĩa: Sóng dừng chính là kết quả giao thoa của sóng tới và sóng phản xạ.

Các tính chất của sóng dừng:

Sóng phản xạ và sóng tới nếu truyền theo cùng một phương thì có thể giao thoa với nhau và tạo ra một hệ sóng dừng

Trong sóng dừng luôn có một điểm đứng yên gọi là nút và một số điểm luôn luôn dao động với biên độ cực đại gọi là bụng.

Nút sóng là những điểm dao động với biên độ cực tiểu

Bụng sóng là những điểm dao động với biên độ cực đại

Khoảng cách giữa hai nút sóng hay hai bụng sóng liên tiếp là λ/2

Khoảng cách giữa hai nút sóng hay hai bụng sóng bất kì  là kλ/2

Khoảng cách giữa bụng sóng và nút sóng liên tiếp là λ/4

Khoảng cách giữa một bụng và một nút bất kì là: kλ/2 + λ/4

Tốc độ truyền sóng: v=λf=λ/T

Tần số dao động: f=(kv)/(2l)

2. Công thức

Trường hợp hai đầu cố định:

+) Điều kiện xảy ra hiện tượng sóng dừng:

l=kλ/2 (k là số tự nhiên lớn hơn 0)

Số bụng sóng = số bó sóng = k

Số nút sóng = k+1

+) Phương trình sóng dừng:

Cho hai đầu cố định là A và B. Giả sử phương trình sóng tới và sóng phản xạ tại B lần lượt là:

Lý thuyết chương sóng cơ

Phương trình sóng dừng tại điểm M cách B một khoảng d:

Lý thuyết chương sóng cơ

Biên độ dao động của phần tử tại M:

Lý thuyết chương sóng cơ

Trường hợp một đầu là nút sóng còn một đầu là bụng sóng (một đầu cố định, một đầu tự do):

+) Điều kiện xảy ra sóng dừng:

l=(2k+1)λ/4 (k là số tự nhiên lớn hơn 0)

Số bó sóng = k

Số bụng sóng = số nút sóng = k+1

+) Phương trình sóng dừng:

Cho hai đầu cố định là A và B. Giả sử phương trình sóng tới và sóng phản xạ tại B lần lượt là:

Lý thuyết chương sóng cơ

Phương trình sóng dừng tại điểm M cách B một khoảng d:

Lý thuyết chương sóng cơ

Biên độ dao động của phần tử tại điểm M:

Lý thuyết chương sóng cơ

Xem thêm:

Bài tập sóng dừng hay có đáp án giải chi tiết

Lý thuyết và công thức sóng dừng đầy đủ, ngắn gọn

IV. Các đặc trưng của âm

1. Lý thuyết

Sóng âm là những sóng cơ lan truyền trong các môi trường rắn, lỏng, khí

Vật dao động phát ra âm gọi là nguồn âm

Tần số của âm phát ra bằng tần số của nguồn âm

Sóng âm truyền được trong các môi trường đàn hồi, không truyền được trong chân không

Âm nghe được có tần số từ 16Hz đến 20000 Hz; âm có tần số dưới 16 Hz là hạ âm; âm có tần số trên 20000 Hz là siêu âm.

2. Công thức:

Tính mức cường độ âm:

Lý thuyết chương sóng cơ

Tính cường độ âm tại điểm cách nguồn âm 1 đoạn R:

Xem thêm:

Lý thuyết sóng âm và bài tập minh họa