Tài liệu tập huấn 12 Song cơ

SÓNG CƠ HỌC
N?I DUNG
ĐẠI CƯƠNG VỀ SÓNG
Quá trình sóng trong môi trường đàn hồi
Môi trường đàn hồi: môi trường sau khi biến dạng thì trở lại trạng thái cũ ngay sau khi biến dạng ngừng tác dụng.
Sự lan truyền trong môi trường của một kích động nào đó gọi là sóng.
Hàm sóng:
Quá trình sóng phải là hàm của các biến không gian và thời gian  hàm sóng: u(x,t) = f (t - x/v)
- Trường hợp sóng truyền theo chiều âm: u(x,t) = f (t + x/v)
Trường hợp TQ: u (x,t) = f (t –x/v) + f (t + x/v)
Sóng được biễu diễn dạng phức như sau
Phương trình sóng: u = u(r,t) = u (x,y,z, t)
Sóng truyền theo phương Ox (O: gốc toạ độ)
+ Tại O: u0 = u(0,t)
+ Tại M: Kích động tại M ở thời điểm t giống như kích động tại O ở thời điểm (t – x/v): uM = u(t – x/v)
Nghiệm tổng quát của pt sóng : u (x,t) = f (t – x/v) +  (t + x/v)
Phương trình sóng
Năng lượng sóng
Trường hợp sóng phẳng dđđh theo chiều dương Ox
u = A cos (t – kx)
M?t d? nang lu?ng:
Giá trị trung bình của mật độ năng lượng trong 1 chu kỳ
Cường độ sóng (I)
Đại lượng vô hướng I bằng mođun giá trị trung bình của vectơ Umop pointing tại mỗi điểm gọi là cường độ sóng tại điểm ấy.
Đ/v sóng phẳng: Không có sự chuyển hóa năng lượng của dđ thành các dạng năng lượng khác  Cường độ I và biên độ A của sóng phẳng không thay khi sóng lan truyền (I và A  vị trí)
Đ/v sóng cầu: Khi sóng lan truyền xa tâm, diện tích mặt sóng tăng lên ( r2 và bằng 4r2 . Nếu không có tán xạ năng lượng truyền qua một sóng cầu có bk r trong 1 đơn vị thời gian là không đổi, chính là csuất của nguồn
I.4r2 =const =4.I0
SÓNG CƠ HỌC TRONG THIÊN NHIÊN
Sóng cơ học là những dao động cơ học lan truyền theo thời gian trong một môi trường vật chất.
Trong sự lan truyền sóng, chỉ có năng lượng được lan truyền đi vật chất không lan truyền.
Có hai loại sóng : sóng ngang và sóng dọc.
Sóng ngang : phương dao động vuông góc với phương truyền. (TD : các gợn sóng tròn trên mặt nước)
S óng dọc : phương dao động song song với phương truyền.
(TD : sự nén dãn lan truyền trong một lò xo căng thẳng)
Chất rắn lan truyền được cả sóng dọc và sóng ngang.
Chất lỏng và chất khí chỉ lan truyền sóng dọc (ngoại trừ mặt thoáng chất lỏng truyền cả sóng ngang).
B F
A C E G I
t = 0

C D G H
B D F H t = T/4

A D E H I

A C E G I t = T/2

B E F I
A
t = 3T/4

B D F H
B C F G

A C E G I
t = T

D H
? ?/2

1. Sự truyền pha dao động trên một phương
2. Chu kỳ, tần số và vận tốc của sóng
Chu kỳ chung của các phần tử vật chất có sóng truyền qua được gọi là chu kỳ dao động của sóng và lượng nghịch đảo f = 1/T được gọi là tần số của sóng.
Sau một chu kỳ dao động thì pha của dao độ�ng cũng truyền đi được một quãng đường bằng độ dài của bước sóng. Do đó ta co thể nói : bước sóng là quãng đường mà sóng truyền đi được trong một chu kỳ dao động.
? = vT = v/ f
Biên độ và năng lượng của sóng
Khi sóng truyền tới một điểm nào đó thì điểm đó sẽ dao động với một biên độ xác đ?nh. Biên độ đó là biên độ sóng ở điểm ta xét.
Sóng trên mặt phẳng : năng lượng giảm tỉ lệ nghịch với quãng đường lan truyền. Sóng trong không gian: năng lượng giảm tỉ lệ nghịch với bình phương quãng đường lan truyền. Sóng truyền trên dây căng thẳng: năng lượng coi như không đổi (nếu bỏ qua ma sát).

SÓNG ÂM
Sóng âm và cảm giác âm
Những dao động cơ học có tần số từ 16Hz đến 20000Hz gọi là dao động âm, những sóng có tần số trong miền đó gọi là sóng âm. Sóng âm lan truyền được trong mọi chất rắn, lỏng và khí.
Sóng cơ học có tần số f > 20000Hz gọi là siêu âm. Sóng cơ học có f < 16Hz gọi là hạ âm.
2. Sự truyền âm. Vận tốc âm
Vận tốc âm phụ thuộc tính đàn hồi và mật độ của môi trường.
3. Độ cao của âm
Được đặc trưng bằng tần số : tần số càng lớn âm càng cao (nghe càng thanh).
4. A�m sắc: Là một đặc tính sinh lý của âm, phụ thuộc vào tần số và biên độ.
5. Năng lượng âm
Năng lượng âm được đặc trưng bởi hai đại lượng là cường độ âm (I) và mức cường độ âm (L).
I0 : cường độ âm chọn làm chuẩn.
6. Nguồn âm - Hộp cộng hưởng
Hộp cộng hưởng có công dụng tăng cường âm và tạo ra âm sắc đặc trưng cho nhạc cụ.
Các đặc trưng của sóng âm
GIAO THOA SÓNG
Ta chứng minh được : Quỹ tích của những điểm dao động với biên độ cực đại là những nhánh hyperbol nhận A, B làm tiêu điểm. Quỹ tích của những điểm đứng yên cũng là những hyperbol nhận A, B làm tiêu điểm và nằm xen kẽ với những hyperbol cực đại.
Giao thoa là sự tổng hợp của hai hay nhiều sóng kết hợp trong không gian, trong đó có những chỗ cố định mà biên độ sóng được tăng cường hoặc bị giảm bớt.
Giả sử phương trình dao động tại A và B là : u = asin? t
Sóng truyền từ A đến M mất thời gian ?t = d1/v (v : vận tốc sóng)
Phương trình dao động tại M từ A truyền đến có dạng :
uA = aMsin ?(t - d1/v) = aMsin(? t - ?d1/v)
Tương tự, dao động tại M từ B truyền tới là : uB = aMsin(? t - ?d2/v)
Dao động tại M là tổng hợp hai dao động uA và uB, độ lệch pha giữa hai dao động này là:

Những điểm có biên độ cực đại : ?? = 2n? ? d = n.?
Quỹ tích những điểm này là những nhánh hyperbol nhận A và B làm tiêu điểm.
Những điểm đứng yên : ?? = (2n + 1) ? ? d = (2n + 1)
Quỹ tích những điểm này cũng là những nhánh hyperbol nhận A và B làm tiêu điểm và nằm xen kẽ với những hyperbol cực đại.
Lý thuyết giao thoa
Hình dạng các đường giao thoa
SÓNG DỪNG
1. Thí nghiệm
Lấy một sợi dây đàn hồi dài có đầu M cố định; tay nắm lấy đầu P của dây và rung đều, thay đổi tần số rung, đến một lúc nào đó trên dây sẽ có dạng sóng ổn định trong đó có những chỗ rung rất mạnh và những chỗ hầu như không rung.
2. Giải thích
Dao động từ P truyền tới M thì bị phản xạ. Sóng tới và sóng phản xạ thoả điều kiện sóng kết hợp, tại M hai sóng đó luôn luôn ngược pha nhau (vì M đứng yên). Kết quả là trên dây có sự giao thoa của sóng tới và sóng phản xạ.
Những điểm dao động rất mạnh là những điểm bụng; những điểm đứng yên là những điểm nút. Khoảng cách giữa hai bụng (hoặc hai nút) liền nhau bằng ?/2.
Sóng có các nút và các bụng cố định trong không gian gọi là sóng dừng. Trong hiện tượng này hai sóng thành phần truyền đi ngược chiều nhau nhưng sóng tổng hợp thì "dừng lại" tại chỗ.
3. Ứng dụng
Hiện tượng sóng dừng cho ta nhìn thấy cụ thể bước sóng ? và đo được ? dễ dàng.
Vận dụng cô