Sóng cơ là gì? Lý thuyết về sóng cơ

Tác giả Nhã Lân 15:39 21/10/2024 66,132 Tag Lớp 12

Lý thuyết về sóng cơ là một trong những phần kiến thức vô cùng quan trọng mà các em cần nắm vững trong chương trình Vật Lý 12 để chuẩn bị cho thi THPT Quốc gia. Nhằm giúp các em học sinh nắm chắc kiến thức về chuyên đề này, VUIHOC đã tổng hợp một cách chi tiết nhất về lý thuyết và các công thức có liên về sóng cơ. Hãy cùng tìm hiểu.

Mục lục bài viết

Mục lục bài viết x

Lý thuyết về sóng cơ

Định nghĩa sóng cơ

Sóng cơ chính là sự lan truyền dao động cơ học (bao gồm cả năng lượng và trạng thái dao động) theo thời gian trong môi trường vật chất đàn hồi.

Ví dụ sóng cơ:

Cánh bèo hay chiếc phao câu cá dao động trên mặt nước khi có sóng truyền qua.
Khi áp tai xuống đường ray, ta có thể nghe thấy tiếng tàu hỏa đi từ xa đang di chuyển đến mà nhưng tại thời điểm đó ta không nghe được tiếng tàu hỏa trong không khí.

Phân loại sóng cơ

Sóng cơ có 2 loại sóng là:

Sóng ngang: Sóng ngang là loại sóng có phương dao động của phần tử vuông góc với phương truyền sóng. Sóng ngang chỉ có thể lan truyền được trong môi trường bề mặt chất lỏng, chất rắn. Sóng ngang không lan truyền được trong môi trường chất lỏng và chất khi. Ví dụ: sóng được lan truyền trên mặt nước.

Sóng dọc: Sóng dọc là loại sóng có phương dao động của các phần tử trùng với phương truyền sóng. Sóng dọc có thể lan truyền đầy đủ trong các môi trường rắn, lỏng và khí. Ví dụ: sóng truyền trên chiếc lò xo do sự dãn và nén của lò xo.

Sự truyền sóng cơ

Sự truyền sóng cơ là quá trình lan truyền dao động và năng lượng dao động, các phần tử vật chất không có sự truyền đi. Trên thực tế, sự truyền sóng cơ phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau của môi trường xung quanh.

Trong quá trình truyền sóng cơ:

Sóng ngang: Các phần tử trong sóng dao động lên xuống theo phương thẳng đứng.
Sóng dọc: Các phần tử trong sóng dao động theo phương ngang.

Một số đại lượng của sóng cơ

Một số đại lượng liên quan tới sóng cơ mà các em học sinh cần nắm được bao gồm:

Biên độ của sóng cơ

Biên độ của sóng cơ (ký hiệu là A): Là biên độ dao động của một phần tử vật chất khi sóng truyền qua.

Tần số sóng cơ

Tần số sóng cơ (ký hiệu là f): Tần số sóng cơ tần số dao động của một phân tử vật chất khi sóng truyền qua . Tần số sóng cơ được tính theo công thức:

$f = \frac{1}{T} = \frac{\omega }{2\pi }$

Vận tốc của sóng cơ

Vận tốc của sóng cơ (ký hiệu là v): Là vận tốc lan truyền của sóng trong không gian. Để tính vận tốc của sóng cơ ta áp dụng công thức:

$v = \frac{\Delta S}{\Delta t}$

Trong đó:

$\Delta S$ là thời gian truyền sóng
$\Delta t$ là quãng đường truyền sóng

Năng lượng của sóng cơ

Năng lượng của sóng cơ (ký hiệu là $E_{i}$ ): Là năng lượng dao động của các phần tử vật chất tại 1 điểm khi sóng truyền qua. Năng lượng của sóng cơ được tính theo công thức:

$E_{i} = D.\omega ^{2}.\frac{A_{i}^{2}}{2}$

Trong đó:

D là khối lượng riêng của môi trường sóng
$A_{i}$ là biên độ sóng tại một điểm
$\omega$ là tần số sóng

Bước sóng

Bước sóng (ký hiệu là $\lambda$ ): Là quãng đường mà sóng truyền được trong một chu kỳ. Bên cạnh đó bước sóng còn chính là khoảng cách của 2 điểm gần nhất nằm trên trên phương truyền sóng khi dao động cùng pha. Bước sóng được tính theo công thức:

$\lambda = v.T = \frac{v}{f}$

Tham khảo ngay bộ tài liệu ôn tập kiến thức và tổng hợp phương pháp giải mọi dạng bài tập trong đề thi Lý THPT Quốc gia

Phương trình sóng

Phương trình sóng cơ tại một điểm

Sóng phát ra từ gốc tọa độ (điểm O), phương trình dao động có dạng: $U_{O} = A_{O} cos(\omega t + \varphi )$

Một điểm M cách O với khoảng cách là x, sóng truyền từ gốc tọa độ (điểm O) tới điểm M mất một khoảng thời gian được tính theo công thức:

$\Delta t = \frac{x}{v}$

Công thức phương trình dao động tại điểm M:

$u_{M} = A_{M}cos[\omega (t - \Delta t) + \varphi ] = A_{M}cos[\omega (t - \frac{x}{v} + \varphi )]$

$\Leftrightarrow u_{M} = A_{M}cos(\omega t + \varphi - \frac{2\pi x}{\lambda })$

trong đó:

$\omega = \frac{2\pi }{T} ; \lambda = v.T$

Nếu bỏ qua năng lượng mất mát trong quá trình truyền sóng thì biên độ sóng tại O và biên độ sóng tại M là bằng nhau. Vậy A_O = A_M = A

$u_{M} = Acos[\omega (t - \frac{x}{v}) + \varphi ] = Acos(\omega t + \varphi - \frac{2\pi x}{\lambda })$

với $t \geq \frac{x}{v}$

Sóng truyền theo chiều âm, từ trục Ox đến điểm N có tọa độ x sẽ có phương trình như sau:

$u_{N} = Acos (\omega t + \varphi + \frac{2\pi x}{\lambda })$ với $t \geq \frac{x}{v}$

Phương trình sóng tổng quát

Phương trình sóng tổng quát tại điểm O:

$u_{O} = Acos(\omega t + j)$

Tại điểm M cách O một đoạn bằng x trên phương truyền sóng

Trong trường hợp nếu sóng cơ truyền theo chiều dương của trục Ox

$u_{M} = Acos (\omega t + \varphi - \frac{2\pi x_{M}}{\lambda })$ với $t \geq \frac{|x_{M}|}{v}$

Trong trường hợp nếu sóng cơ truyền theo chiều âm của trục Ox

$u_{M} = Acos (\omega t + \varphi + \frac{2\pi x_{M}}{\lambda })$ với $t \geq \frac{|x_{M}|}{v}$

Trong môi trường sóng cơ, tại một điểm M xác định cách điểm O khoảng cách x = const thì uM là hàm điều hòa theo t với chu kỳ T.

Các điểm có cùng khoảng cách đến nguồn sóng dao động cùng pha.

Tại thời điểm $t < \frac{|x_{M}|}{v}$ , li độ dao động của điểm M luôn bằng 0 do sóng cơ chưa truyền tới điểm M.

Độ lệch pha giữa 2 điểm được truyền đến từ cùng một nguồn

Phương trình dao động tại nguồn có công thức:

$u = a.cos(\omega t + \varphi )$

Phương trình dao động của nguồn đến điểm M₁ bất kì nào đó:

$u_{1M} = a.cos (\omega t + \varphi - \frac{2\pi d_{1}}{\lambda })$ với $t \geq \frac{d_{1}}{v}$

Phương trình dao động của nguồn đến điểm M₂ bất kì nào đó:

$u_{2M} = a.cos (\omega t + \varphi - \frac{2\pi d_{2}}{\lambda })$ với $t \geq \frac{d_{2}}{v}$

Độ lệch pha giữa 2 điểm M₁và điểm M₂:

Để 2 dao động cùng pha phải thỏa mãn:

$\Delta \varphi = 2k\pi \Rightarrow \frac{2\pi }{\lambda }.(d_{2} - d_{1}) = 2k\pi \Rightarrow d_{2} - d_{1} = k\pi$

Để 2 dao động ngược pha phải thỏa mãn:

$\Delta \varphi = (2k + 1)\pi \Rightarrow \frac{2\pi }{\lambda }.(d_{2} - d_{1}) = (2k + 1)\pi \Rightarrow d_{2} - d_{1} = (2k + 1)\frac{\pi }{2}$

Trên đường truyền sóng lệch pha nhau góc , khoảng cách giữa 2 điểm là:

$L = \frac{\Delta \varphi }{2\pi }\lambda$

PAS VUIHOC – GIẢI PHÁP ÔN LUYỆN CÁ NHÂN HÓA

Khóa học online ĐẦU TIÊN VÀ DUY NHẤT:

⭐ Xây dựng lộ trình học từ mất gốc đến 27+

⭐ Chọn thầy cô, lớp, môn học theo sở thích

⭐ Tương tác trực tiếp hai chiều cùng thầy cô

⭐ Học đi học lại đến khi nào hiểu bài thì thôi

⭐ Rèn tips tricks giúp tăng tốc thời gian làm đề

⭐ Tặng full bộ tài liệu độc quyền trong quá trình học tập

Đăng ký học thử miễn phí ngay!!

Trên đây là toàn bộ kiến thức sóng cơ cũng như các công thức cần nắm được về chuyên đề này. Hy vọng thông qua bài viết, các em học sinh sẽ dễ dàng nắm được kiến thức về chuyên đề này cũng như các dạng bài tập liên quan đến sóng cơ trong quá trình học và ôn thi THPT Quốc gia môn Vật Lý. Để tham khảo thêm tài liệu của Vật lý 12 cũng như các môn học khác, các em học sinh truy cập vuihoc.vn. Chúc các em đạt kết quả tốt trong các kỳ thi sắp tới.

Tham khảo thêm:

⭐Bộ Sách Thần Tốc Luyện Đề Toán - Lý - Hóa THPT Có Giải Chi Tiết

Bài viết tham khảo thêm:

Lý thuyết về dao động tắt dần

Lý thuyết dao thoa sóng