Dao dong va song

CHƯƠNG III: SÓNG CƠ HỌC
I. Một số khái niệm chung.
1. Định nghĩa.
- Dao động cơ học lan truyền trong môi trường liên tục (chất khí, chất lỏng, chất rắn) gọi là sóng cơ học.
2. Tính đàn hồi.
- Khi tác dụng ngoại lực lên một vật, vật biến dạng, nếu biến dạng mất hoàn toàn khi ngoại lực thôi không tác dụng thì biến dạng ấy là đàn hồi.
- Theo định luật Huc thì biến đạng đàn hồi phụ thuộc tuyến tính vào lực tác dụng.
- Biến dạng kéo (hoặc nén): Một thanh có chiều dài l chịu một lực F trên tiết diện S thì chiều dài tăng Δl.



Δl: Độ dãn tuyệt đối của thanh.

: Độ dãn tỉ đối của thanh.

: Ứng suất kéo pháp tuyến (N/m2).
E: Suất Young của chất làm thanh (N/m2).
- Biến dạng trượt: Là biến dạng của vật rắn mà trong đó tất cả các lớp phẳng của nó dời chỗ mà vẫn song song với một mặt phẳng cố định.



: Ứng suất tiếp tuyến.
G: Suất trượt của chất làm thanh.
γ: Góc trượt của vật.
- Biến dạng thay đổi thể tích: Chất khí và chất lỏng bị biến dạng thay đổi thể tích. Chất rắn bị áp lực từ mọi phía cũng thay đổi thể tích.


K: Suất đàn hồi thể tích.
+Đối với khí lí tưởng biến đổi đẳng nhiệt (pV= const) thì:


Và K = p
+ Đối với khí lí tưởng biến đổi đoạn nhiệt theo phương trình pVγ = const thì:


Tức là: K= γp
3. Sự lan truyền biến dạng trong môi trường đàn hồi.
Thực nghiệm chứng tỏ:
- Nếu làm biến dạng tại một vùng của môi trường đàn hồi, rồi để môi trường tự do thì biến dạng được lan truyền trong môi trường.
- Biến dạng được lan truyền đàn hồi với vận tốc xác định V, vận tốc V phụ thuộc vào điều kiện vật lí của môi trường.
+ Vận tốc lan truyền biến dạng là một hằng số quan trọng của môi trường, đó cũng là vận tốc truyền tương tác cơ học trong môi trường.
+ Nếu kích thích môi trường đàn hồi một cách tuần hoàn liên tục theo thời gian ta sẽ tạo thành sóng.
+ Định nghĩa: Sóng đàn hồi là dao động tuần hoàn lan truyền trong môi trường đàn hồi. Vận tốc lan truyền sóng chính là vận tốc lan truyền biến dạng.
4. Sóng dọc và sóng ngang.
- Sóng đàn hồi gọi là sóng dọc nếu các hạt của môi trường dao động theo phương truyền sóng.
VD: Sóng âm trong không khí là sóng dọc.
- Sóng đàn hồi gọi là sóng ngang nếu các hạt của môi trường dao động theo mặt phẳng vuông góc với phương lan truyền sóng.
VD: Sóng dọc theo các dây đàn là sóng ngang.
- Sóng cơ học gọi là sóng mặt nếu sóng lan truyền trên mặt thoáng của chất lỏng (hoặc trên mặt phân cách giữa hai chất lỏng không trộn lẫn vào nhau được).
+ Sóng mặt không phải là sóng đàn hồi, lực căng mặt ngoài và trọng lực có vai trò quyết định trong hình thành và lan truyền sóng mặt.
+ Với sóng mặt, các hạt của chất lỏng ở gần mặt thoáng tham gia đồng thời vào sóng dọc và sóng ngang có quĩ đạo hình Elip hoặc các hình phức tạp hơn.
5. Môi trường truyền sóng.
- Môi trường đồng tính nếu các tính chất vật lí của nó liên quan đến bài toán ta đang xét như nhau tại mọi điểm.
- Môi trường đẳng hướng nếu các tính chất vật lí của nó liên quan đến bài toán ta đang xét như nhau theo mọi hướng.
- Môi trường tuyến tính nếu có tỉ lệ thuận giữa đại lượng đặc trưng cho tác dụng bên ngoài lên môi trường và đại lượng đặc trưng cho sự thay đổi trạng thái của môi trường.
- Một môi trường có thể là đồng tính (hay đẳng hướng) với tính chất vật lí này nhưng lại không đồng tính (hay đẳng hướng) với tính chất vật lí khác.
- Các chất lỏng và khí là đẳng hướng với mọi tính chất vật lí khi không có trường ngoài.
II. Phương trình của sóng và phương trình truyền sóng.
1. Phương trình của sóng.
- Khi sóng truyền qua một môi trường thì hạt của môi trường dao động. đại lượng s (vô hướng hay vectơ
) đặc trưng cho dao động của hạt tại mỗi điểm của môi trường phụ thuộc vào thời gian t và tọa độ x của điểm đó.
- Phương trình sóng: s = s (x, t)
2. Một số khái niệm đặc trưng về sóng.
- Tia của sóng là đường có tiếp tuyến của nó tại mỗi điểm trùng với phương truyền sóng, trong