Mô tả sóng SVIP

I. Các đại lượng đặc trưng của sóng

Hình 1. Đồ thị li độ - khoảng cách và các đại lượng đặc trưng của sóng

1. Biên độ sóng

Li độ của một phần tử sóng so với vị trí cân bằng là khoảng cách từ phần tử sóng đó đến vị trí cân bằng.

Biên độ sóng là độ lệch lớn nhất của phần tử sóng khỏi vị trí cân bằng. Kí hiệu: \(A\), đơn vị: mét (m).

Sóng có biên độ càng lớn thì phần tử sóng dao động càng mạnh.

2. Tần số và chu kì sóng

Chu kì sóng chính bằng chu kì dao động của phần tử sóng. Kí hiệu: $T$, đơn vị: giây (s).

Tần số sóng là số dao động mà mỗi phần tử sóng thực hiện trong một đơn vị thời gian. Kí hiệu: $f$, đơn vị: Hz.

Tần số của một sóng liên hệ với chu kì sóng theo công thức:

\(f=\dfrac{1}{T}\)

3. Bước sóng

Bước sóng là khoảng cách từ một phần tử môi trường bất kì trên phương truyền sóng đến phần tử gần nhất có trạng thái dao động hoàn toàn tương tự.

Bước sóng chính là quãng đường mà sóng truyền đi trong một chu kì.

Bước sóng được kí hiệu là \(\lambda\), đơn vị là mét (m).

4. Tốc độ sóng

Tốc độ lan truyền năng lượng của sóng trong không gian gọi là tốc độ của sóng, kí hiệu $v$. Đây cũng là tốc độ lan truyền dao động trong môi trường.

Đơn vị: m/s.

Giữa các đại lượng \(v,\lambda,T\) hay \(f\) có mối liên hệ sau:

\(\lambda=vT=\dfrac{v}{f}\)

5. Cường độ sóng

Cường độ sóng $I$ là năng lượng sóng được truyền qua một đơn vị diện tích vuông góc với phương truyền sóng trong một đơn vị thời gian.

\(I=\dfrac{E}{St}\)

Với $E$ là năng lượng sóng truyền qua một diện tích $S$ đặt vuông góc với phương truyền sóng trong thời gian $t$.

Đơn vị cường độ sóng là W/m².

II. Liên hệ giữa sóng và dao động của điểm sóng

Xét sóng mặt nước hình sin lan truyền từ nguồn O theo phương Ox (Hình 1).

Hình 2. Mô tả sự truyền sóng

Tại thời điểm \(t=0\), phần tử nước tại O bắt đầu đi lên, còn các điểm khác chưa dao động.

Tại \(t=\dfrac{T}{4}\), phần tử nước tại O đi lên đến vị trí biên, trong khi đó sóng truyền đến M cách O một đoạn \(d=\text{v}.\dfrac{T}{4}=\dfrac{\lambda}{4}\). Phần tử nước tại M trễ pha hơn phần tử nước tại O là \(\dfrac{\pi}{2}\) (Hình 2a).

Tại \(t=\dfrac{T}{2}\), phần tử nước tại O về đến vị trí cân bằng, phần tử nước tại M đi lên đến vị trí biên, còn sóng lan đến điểm N cách M một khoảng bằng \(\dfrac{\lambda}{2}\). Điểm N trễ pha hơn điểm M là \(\dfrac{\pi}{2}\), hay trễ pha hơn phần tử nước tại O là \(\pi\) (Hình 2b).

Tại \(t=\dfrac{3T}{4}\), \(t=T\), hình dạng của sóng được chỉ trên Hình 2 c, d.

III. Một số tính chất đơn giản của âm thanh và ánh sáng

 1. Sự phản xạ và khúc xạ sóng

Âm thanh bị phản xạ khi gặp mặt chắn. Âm phản xạ đến tai chậm hơn âm trực tiếp từ 1/15 giây thì ta sẽ nghe  được âm thanh trực tiếp và âm phản xạ lặp lại tạo thành tiếng vang.

Phương truyền của sóng âm là không đổi nếu các yếu tố của môi trường ổn định. Nhưng nếu trong môi trường không khí có nhiệt độ không đồng đều thì các yếu tố khác của môi trường cũng biến thiên và sẽ khiến phương truyền của sóng âm bị lệch về nơi có nhiệt độ thấp hơn.

2. Hiệu ứng Doppler

Hiệu ứng Doppler được đặt theo tên của Christian Andreas Doppler (1803 - 1853), nhà Toán học và Vật lí học người Áo. Trong hiệu ứng này, tần số của sóng mà người quan sát thu được bị biến đổi khi nguồn sóng chuyển động tương đối với người quan sát.

Hình 3. Tần số sóng thu được thay đổi khi nguồn phát chuyển động so với nguồn thu

Khi nguồn sóng và người quan sát chuyển động lại gần nhau thì tốc độ sóng đối với người quan sát lớn hơn so với khi cả hai đứng yên với nhau. Như vậy, trong 1 giây, số bước sóng truyền qua vị trí người quan sát nhiều hơn và do đó, tần số sóng mà người quan sát thu được sẽ lớn hơn tần số do nguồn phát ra.

Ngược lại, khi nguồn sóng và người quan sát chuyển động ra xa nhau thì tần số sóng mà người quan sát thu được sẽ nhỏ hơn tần số do nguồn phát ra.

Hiệu ứng Doppler được ứng dụng để đo tốc độ của vật chuyển động.

1. Biên độ sóng $A$ là độ cao hay độ sâu của một ngọn sóng so với mức cân bằng. Biên độ sóng bằng biên độ dao động của nguồn sóng.

2. Chu kì $T$ của sóng là khoảng thời gian để hai ngọn sóng liên tiếp chạy qua một điểm đang xét. Chu kì của sóng bằng chu kì sao động của nguồn sóng.

3. Tần số $f$ của sóng là số các ngọn sóng đi qua một điểm đang xét trong một đơn vị thời gian. Tần số sóng bằng tần số dao động của nguồn sóng.

4. Tốc độ truyền sóng $v$ là tốc độ lan truyền biến dạng.

5. Bước sóng $\lambda$ là khoảng cách giữa hai ngọn sóng liên tiếp. Bước sóng bằng quãng đường mà sóng truyền được trong một chu kì.

\(\lambda=vT=\dfrac{v}{f}\)

6. Sự lệch pha giữa các phần tử dao động trên phương truyền sóng tạo nên hình ảnh của sóng.