Mục lục bài viết

1. Sóng cơ là gì?
2. Sóng dọc, sóng ngang, phương trình sóng đầy đủ nhất

1. Sóng cơ là gì?

- Khái niệm: Sóng cơ là sự lan truyền dao động cơ học theo thời gian trong môi trường vật chất đàn hồi, sóng cơ có cả năng lượng và trạng thái dao động.

- Đặc điểm: Khi sóng cơ lan truyền, các phân tử vật chất chỉ dao động tại chỗ và năng lượng sóng chuyển theo sóng. Quá trình truyền sóng là quá trình truyền năng lượng. Trong môi trường đồng tính và đẳng hướng các phân tử gần nguồn sóng sẽ nhận được sóng sớm hơn tức là dao động nhanh pha hơn các phân tử ở xa nguồn.

Ví dụ về sóng cơ:

+ Khi có đoàn ngựa chạy từ xa lại, áp tai xuống mặt đường, ta có thể nghe thấy tiếng vó ngựa chạy mặc dù trên thực tế thì chưa thấy đoàn ngựa đâu.

+ Sự lan truyền của sóng biển

- 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, sự truyền sóng cơ phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau của môi trường xung quanh.

- Tốc độ và mức lan truyền của sóng cơ phụ thuộc rất nhiều vào tính đàn hồi của môi trường, tốc độ và mức lan truyền tỉ lệ thuận với tính đàn hồi của môi trường (môi trường có tính đàn hồi càng cao tốc độ sóng càng lớn và khả năng lan truyền càng xa, môi trường có tính đàn hồi càng ít, tốc độ sóng càng nhỏ và khả năng lan truyền sóng càng ngắn). Tính đàn hồi của môi trường được sắp xếp từ cao đến thấp như sau: rắn, lỏng, khí. bởi vậy tốc độ và mức độ lan truyền sóng cơ giảm theo thứ tự môi trường: Rắn > lỏng > khí. Chúng ta vận dụng lý thuyết tốc độ và mức lan truyền của sóng cơ này vào việc làm các bức tường cách âm, cách dùng bằng xốp, bông, nhung do chúng có tính đàn hồi nhỏ nên khả năng lan truyền sóng cơ kém.

- Một số đại lượng 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 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 được tính theo công thức:

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

+ 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:

$\Delta S$ : Thời gian truyền sóng

$\Delta t$ : quàng đường truyền sóng

- Năng lượng của sóng cơ: ký hiệu là E_i, là năng lượng dao động của các phần tử vật chất tại 1 điềm 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: khối lượng riêng của môi trường sóng

A_i: bien độ sóng tại một điểm

w: tần số 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 phương truyền sóng khi dao động cùng pha. Bước sóng được tính theo công thức:

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

2. Sóng dọc, sóng ngang, phương trình sóng đầy đủ nhất

Dựa vào phương dao động của các phần tử và phương lan truyền của sóng người ta phân sóng thành hai loại: Sóng ngang và sóng dọc

* Sóng ngang:

- Sóng ngang là loại sóng có phương dao động của phần tử vuông góc với phương truyền sóng.Trong quá trình truyền sóng cơ, sóng ngang thì các phân tử trong sóng dao động lên xuống hoặc theo phương thẳng đứng.

- Môi trường có thể lan truyền được: bề mặt chất lỏng, chất rắn

- Môi trường không thể lan truyền được: Chất lỏng, chất khí

* Sóng dọc:

- Sóng dọc là loại sóng có phương dao động của các phần tử trùng với truyền sóng. Trong quá trình truyền sóng cơ, sóng dọc thì các phân tử trong sóng dao động theo phương ngang.

- Môi trường có thể lan truyền được: rắn, lỏng, khí. Nguyên nhân là trong môi trường lực đàn hồi xuất hiện khi có biến dạng lệch.

* Phương trình sóng:

- Phương trình sóng cơ tại một điểm:

Sóng phát ra từ gốc toạ 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 toạ đổ (điểm O) tới điểm M mất một khoảng thời gian được tinh theo công thức $\Delta t=\frac{x}{v}$

Công thức phương trình dao động tại điểm M:

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

⇔ u_M = $A_{M}cos[\omega t-\frac{2\pi x}{\lambda }+\varphi ]$

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

Nếu bỏ qua năng lượng mất mát trong quá trình truyền song thì biên độ sóng tại O và biên độ sóng tại M 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 toạ độ x sẽ có phương trình như sau:

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

- Phương trình tổng quát:

Phương trình tổng quá tại điểm O: $u_{o}=Acos\left ( wt+j \right )$

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

$u_{M}=Acos\left ( wt+\varphi -\frac{2\pi x_{M}}{\lambda } \right )$ với $t \geq \frac{\mid x_{M}\mid }{v}$

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

$u_{M}=Acos\left ( wt+\varphi +\frac{2\pi x_{M}}{\lambda } \right )$ với $t \geq \frac{\mid x_{M}\mid }{v}$

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

Các điểm có cùng khoảng cách đến nguồn sóng dao động cùng pha. Tại thời điểm $t < \frac{\mid x_{M}\mid }{v}$ , li độ dao động của điểm M luôn bằng 0 do sóng cơ chưa truyền tới điểm M.

BÀI TẬP LUYỆN TẬP:

Bài 1: Sóng cơ là:

A. Dao động lan truyền trong một môi trường

B. Dao động của mọi điểm trong một môi trường

C. Một dạng chuyển động đặc biệt của môi trường

D. Sự truyền chuyển động của các phần tử trong môi trường

Bài 2: Chọn câu đúng

A. Sóng dọc là sóng truyền dọc theo một sợi dây

B. Sóng doc là sóng truyền theo phương thẳng dứng, còn sóng ngang là sóng truyền theo phương nằm ngang

C. Sóng dọc là sóng trong đó phương dao động (của các phần tử của môi trường) trùng với phương truyền sóng

D. Sóng dọc là sóng truyền theo trục tung, còn sóng ngang là sóng truyền theo trục hoành

Đáp án; Chọn C. Sóng dọc là sóng trong đó phương dao động trùng với phương truyền sóng

Bài 3: Một người ngồi ở bờ biển trông thấy có 10 ngọn sóng qua mặt trong 76 giây, khoảng cách giữ hai ngọn sóng là 20m. Tính tần số sóng biển và vận tốc truyền sóng biển.

Lời giải: Xét tại một điểm có 20 ngọn sóng truyền qua ứng với 19 chu kì. T= 76/19 = 4s

Xác định tần số do động: f = 1/T = 1/4 = 0,25Hz.

Vận tốc truyền sóng: v = 20/4 = 5 (m/s)

bài 4: một sóng cơ lan truyền trên một sợi dây dài với biên độ không đổi. Điều kiện để tốc độ trung bình trong một chu kỳ của một điểm trên sợi dây bằng tốc độ truyền sóng là bước sóng bằng:

A. Hai lần biên độ sóng

B. Tám lần biên độ sóng

C. Biên độ sóng

D. Bốn lần biên độ sóng

Bài 5: Một nguồn dao động điều hoà với chu kỳ 0,04s. Vận tốc truyền sóng bằng 200cm/s. Hai điểm nằm trên cùng một phương truyền sóng và cách nhau 6cm, thì có độ lệch pha là bao nhiêu.

Lời giải: 1,5

bài 6: chọn câu sai: khi sóng cơ truyền trên một sợi dây đàn hồi dài, bỏ qua sự mất mát năng lượng trong quá trình truyền sóng, các phân tử trong môi trường khi có sóng chuyển qua:

A. Có tốc độ luôn bằng tốc độ của sóng

B. Dao động với chu kỳ bằng nhau

C. Không truyền đi theo sóng

D. Dao động với biên độ bằng nhau

Bài 7: biên độ sóng tại một điểm nhất định trong môi trường sống truyền qua

A. Và biên độ dao động của các phân tử vật chất tại đó

B. Tỉ lệ năng lượng của sóng tại đó

D. Chỉ là biên độ dao động của nguồn

C. Tỉ lệ với bình phương tần số dao động

Bài 8. Bước sóng là khoảng cách giữa 2 điểm
A. Gần nhau nhất mà dao động tại hai điểm đó cùng pha

B. Trên cùng một phương truyền sóng mà dao động tại hai điểm đó cùng pha

C. Trên cùng một phương truyền sóng mà dao động tại hai điểm đó ngược pha

D. Gần nhau nhất trên cùng một phương truyền sóng mà dao động tại hai điểm đó cùng pha.

Đáp án: D

Trên đây là bài viết của Luật Minh Khuê về dề tài "Sóng cơ là gì? Sóng dọc, sóng ngang, phương trình sóng đầy đủ và chi tiết nhất". Hy vọng bài viết trên là câu trả lời hữu ích với bạn đọc, giúp bạn đọc có thể nắm chắc được kiến thức liên quan đến chủ đề Sóng cơ và vận dụng tốt vào bài tập.