Lý thuyết đại cương về sóng cơ trong vật lý 12

Thứ tư , 31/05/2017, 03:58 GMT+7
     

Hôm nay trang congnghegi.com sẽ tóm tắt, hệ thống lại kiến thức vật lý lớp 12 cho các bạn

 

Các bài đã đi qua:

                                Chù đề 1: Con lắc đơn

                                + Chương 2: Co lắc lò xo

                                + Chương 1: Các loại dao động

CHƯƠNG II. SÓNG CƠ

ĐẠI CƯƠNG VỀ SÓNG CƠ

 

I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT

1. Hiện tượng sóng trong cơ học

Thí nghiệm: Cho mũi S chạm vào mặt nước tại O, kích thích cho cần rung dao động, sau một thời gian ngắn, mẩu nút chai ở M cũng dao động. Vậy, dao động từ O đã truyền qua nước tới M. Ta nói, đã có sóng trên mặt nước và O là nguồn sóng.

Chú ý: Nút chai tại M chỉ dao động nhấp nhô tại chỗ, không truyền đi theo sóng.

2. Định nghĩa và đặc điểm sóng cơ

a) Định nghĩa: Sóng cơ học là quá trình lan truyền dao động cơ học theo thời gian trong môi trường vật chất đàn hồi.

b) Đặc điểm: Khi sóng truyền qua, các phần tử của môi trường chỉ dao động quanh vị trí cân bằng của chúng mà không chuyển dời theo sóng, chỉ có pha dao động của chúng được truyền đi.

c) Phân loại

     Căn cứ vào mối quan hệ giữa phương dao động của phần tử môi trường và phương truyền sóng, sóng cơ học phân ra làm hai loại là sóng ngang và sóng dọc.

Œ. Sóng ngang: là sóng mà phần tử môi trường dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng.

Môi trường truyền sóng ngang: Rắn và bề mặt chất lỏng.

. Sóng dọc: là sóng mà các phần tử dao dộng dọc theo phương truyền sóng.

Môi trường truyền sóng dọc: Rắn, lỏng và khí.

Chú ý: Sóng cơ không truyền được trong chân không.

4. Các đại lượng đặc trưng cho sóng

Œ. Chu kì, tần số sóng (T, f): Mọi phần tử trong môi trường có sóng truyền qua dao động cùng chu kì và tần số bằng chu kì và tần số của nguồn sóng, gọi là chu kì và tần số của sóng.

Tsóng = Tnguồn; fsóng = fnguồn; T.f = 1

. Biên độ sóng (A): Biên độ sóng tại một điểm trong không gian chính là biên độ dao động của một phần tử môi trường tại điểm đó khi có sóng truyền qua.

     Thực tế: càng ra xa tâm dao động (nguồn sóng) thì biên độ sóng càng giảm.

Ž. Bước sóng (λ):

     * Cách 1: Bước sóng là khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên cùng phương truyền sóng dao động cùng pha.

     * Cách 2: Bước sóng là quãng đường mà sóng truyền được trong thời gian một chu kì dao động của sóng.

λ = v.T = 

     * Cách 3: Bước sóng là khoảng cách giữa hai đỉnh sóng liên tiếp.

. Tốc độ truyền sóng (v):

     §Tốc độ truyền sóng là tốc độ truyền pha của dao động (không phải là vận tốc dao động của phần tử môi trường).

     §Tốc độ truyền sóng là quãng đường mà sóng truyền đi được trong một đơn vị thời gian.

v = 

     (Trong đó: Δs là quãng đường mà sóng truyền được trong thời gian Δt)

     §Tốc độ truyền sóng phụ thuộc vào bản chất của môi trường như: độ đàn hồi, mật độ vật chất, nhiệt độ,...

     §Đối với một môi trường nhất định thì tốc độ truyền sóng có giá trị không đổi: v = const.

v =  =λf

. Năng lượng sóng (E):

     §Năng lượng của sóng là năng lượng dao động của một đơn vị thể tích môi trường khi có sóng truyền qua.

     §Năng lượng sóng tỉ lệ thuận với bình phương biên độ sóng: E = mωA2 (m là khối lượng của phần tử có biên độ A).

     §Quá trình truyền sóng là quá trình truyền năng lượng.

a) Sóng thẳng: sóng truyền theo một phương (ví dụ: sóng truyền trên sợi dây đàn hồi lí tưởng)

     E = const ÞA = const

b) Sóng phẳng (Sóng tròn): sóng truyền trên mặt phẳng (ví dụ: sóng truyền mặt mặt nước)

     Gợn sóng là những vòng tròn đồng tâm → năng lượng sóng từ nguồn trải đều trên toàn bộ vòng tròn đó. Coi năng lượng sóng được bảo toàn khi truyền đi.

  

c) Sóng cầu: Sóng truyền trong không gian (ví dụ: sóng âm phát ra từ một nguồn điểm)

     Mặt sóng có dạng là mặt cầu → năng lượng sóng từ nguồn trải đều trên toàn bộ mặt cầu.

4. Phương trình sóng

a) Phương trình sóng tổng quát

     Giả sử phương trình dao động sóng tại nguồn O có dạng: uO = Acosωt

     Phương trình dao động tại M, cách O một đoạn là d có dạng:

     u = AMcosω(t - ) = AMcos2π() = AMcos(ωt - 2π) (ĐK: t ≥ )

Nhận xét: Càng ra nguồn thì dao động càng trễ pha. Sóng truyền từ nơi sớm pha đến nơi trễ pha.

b)  Cách viết phương trình sóng

     Giả sử nguồn sóng tại O, sóng truyền qua các điểm M, N, P.

     Cho phương trình sóng tại N: uN =  ANcos(ωt +φN). Viết phương trình dao động sóng tại M, P.

     §Tại M: dao động sớm pha hơn N ÞuM = AMcos(ωt + φN - )

     §Tại P: dao động trễ pha hơn N ÞuP = APcos(ωt + φN - )

c) Ý nghĩa của phương trình sóng

     §Tại một điểm xác định trong môi trường: d = const. Lúc đó uM là một hàm biến thiên điều hòa theo thời gian t với chu kì T. Ta có đường sin thời gian.

     §Tại một thời điểm xác định: t = const. Lúc đó uM là một hàm biến thiên điều hòa trong không gian theo biến d với chu kì T. Ta có đường sin không gian.

5. Độ lệch pha

a) Tổng quát: Giả sử phương trình dao động tại nguồn có dạng uO = AOcos(ωt + φ0)

     Xét 2 điểm M, N trên mặt chất lỏng cách nguồn O lần lượt là d1, d2. Phương trình dao động tại M, N lần lượt là u uM = AMcos(ωt + φ0 - 2π); uN = ANcos(ωt + φ0 - 2π). Độ lệch pha giữa hai điểm M, N tại cùng một thời điểm: ∆φ = (d2 - d1)

b) Đặc biệt: Nếu hai điểm M, N nằm trên cùng phương truyền sóng

∆φ = 

     Với d = MN: là khoảng cách giữa hai điểm M, N.

Các trường hợp:

 

Trường hợp

Nếu hai điểm M, N dao động cùng pha

Nếu hai điểm M, N dao động ngược pha

Nếu hai điểm M, N dao động vuông pha

Độ lệch pha

Δφ = 2kπ

Δφ = (2k +1)π

Δφ = (2k +1) 

Khoảng cách d = MN

d = kλ

k = 1, 2, 3 …

d = (2k+1) 

d = 0, 1, 2…

d = (2k+1) 

d = 0, 1, 2…

Khoảng cách gần nhất

dmin = λ

dmin = λ/2

dmin = λ/4

Chú ý: Sóng truyền từ nơi dao động sớm pha đến nơi dao động trễ pha hơn.

6. Tốc độ truyền sóng và vận tốc dao động của phần tử môi trường

     §Tốc độ truyền sóng: là tốc độ truyền pha của dao động: v =  = λf

     §Vận tốc dao động của phần tử môi trường: v = u' = - ωAsin (ωt +φ)

 

     ÞVận tốc dao động cực đại của phần tử môi trường:  

kienthucvatly12
sóng cơ lý thuyết sóng cơ lý thuyết vật lý 12 giáo án vật lý soạn bài vật