CHƯƠNG II: ĐẠI CƯƠNG VỀ SÓNG CƠ. SÓNG ÂM

I.                   Sóng cơ học

1.Định nghĩa và đặc điểm song cơ học.

* Sóng cơ học là dao động cơ học lan truyền theo thời gian trong một môi trường vật chất.

* Một đắc điểm quan trọng của song là khi song truyền trong một môi trường thì các phần tử môi trường chỉ dao động quanh vị trí cân bằng của chúng mà không chuyển dời theo song,chỉ có pha dao động của chúng được truyền đi.

2. Phân loại.

            Gồm song dọc và song ngang:

*Sóng dọc: Là song có phương dao động của các phần tử môi trường trùng với phương truyền sóng

Ví Dụ:Sóng âm,song trong long chất lỏng,song nén dàn dọc theo một lò xo

*Sóng ngang: Là sóng có phương dao động của các phần tử môi trường vuông góc với phương truyền sóng.

            Ví Dụ: Sóng trên mặt nước

3.Các đặc trưng cho sóng.

            *Chu kì T của sóng là chu kì dao động chung của các phần tử vật chất khi có sóng truyền qua và bằng chu kì dao động của nguồn sóng.

            *Tần số f của sóng là tần số dao động chung của các phần tử vật chất khi có sóng truyền qua.

            *Biên độ sóng tại a là biên độ dao động của phần tử vật chất tại điểm đó khi sóng truyền qua A(sóng)=A(dao động)

            *Vận tốc truyền sóng v là vận tốc truyền pha dao động(khác với vận tốc của các phần tử dao động).Chính là quãng đường sóng truyền đi được trong một đơn vị thời gian.Trong môi trường xác đinh v=const.

            *Bước sóng là khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất dao động cùng pha(là quãng đường mà sóng truyền được trong một chu kì).

Công thức liên hệ giữa chu kì T(hoặc tần số f),vận tốc v và bước sóng λ

λ = vT

CHÚ Ý:

*) Bất kỳ sóng nào(với nguồn sóng đứng yên hay máy thu) khi truyền từ môi trường này sang môi trường khác thì bước sóng,năng lượng,vận tốc,biên độ,phương truyền sóng có thể thay đổi nhưng tần số và chu kì luôn không đổi và có tần số chu kì bằng tần số chu kì dao động của nguồn sóng

*)Trong hiện tượng truyền sóng trên sợi dây,dây được kích thích dao động bởi nam châm điện với tần số dòng điện là f thì tần số dao động của dây là 2f

*)Trong hiện tượng truyền sóng 2 điểm cách nhau 1λ thì dao động cùng pha,cách nhau 0,5 λ thì dao động ngược pha,các nhau 0,25 λ thì dao động vuông pha,cách nhau 0,125 λ thì dao động lệch pha nhau Π/4.Vậy khoảng cách ngắn nhất giữa 2 điểm lệch pha nhau góc Ф(rad) là L= (Ф λ)/(2Π)

4.Giao thoa sóng.

            *Đ/N: Giao thoa sóng là sự tổng hợp hai hay nhiều sóng kết hợp trong không gian,trong đó có những chỗ biên độ sóng tổng hợp tăng cường hoặc giảm bớt nhau.

            *Sóng kết hợp: Là 2 nguồn sóng có cùng tần số,cùng pha hoặc có độ lệch pha không đổi theo thời gian

5.Sóng dừng.

            *Đ/N: Là sự giao thoa của 2 sóng kết hợp có biên độ bằng nhau,phương truyền sóng ngược nhau.Trên phương truyền sóng có các nút và bụng cố định trong không gian.

            *Đặc điểm của sóng dừng:

+)Sóng dừng là sóng được tạo ra do sự giao thoa của sóng tới và sóng phản xạ.

+)Bụng sóng là những điểm dao động với biên độ cực đại.Nút sóng là những điểm dao động với biên độ bằng 0(đứng yên)

+)Khoảng cách giữa 2 bụng sóng hoặc 2 nút sóng lien tiếp là λ/2. Khoảng cách giữa bụng sóng và nút sóng lien tiếp là λ/4

+)Tại một vị trí cố định sóng tới và sóng phản xạ ngược pha nhau.

+)Tại một vị trí vật cản tự do,sóng tới và sóng phản xạ cùng pha

+)Đầu tự do là bụng sóng,đầu cố định gắn với âm thoa là nút sóng.

+)Hai bụng sóng liên tiếp dao động ngược pha.

+)a là biên độ dao động của nguồn thì biêm độ dao động của bụng là 2a,bề rộng của bụng sóng là 4a

+)Khoảng thời gian ngắn nhất(giữa 2 lần lien tiếp) để dây duỗi thẳng là Δ = 0,5T.

+)Sóng dừng được tạo bởi sự rung nam châm điện với tần số f thì tần số sóng là 2f.

+)Mọi điểm nằm giữa 2 nút liên tiếp của sóng dừng đều dao động cùng pha và có biên độ khác nhau.

+)Mọi điểm nằm 2 bên của 1 nút của sóng dứng đều dao động ngược pha.

+)Sóng dừng không có sự lan truyền năng lượng cũng như lan truyền trạng thái dao động.

            Điều kiện để có sóng dừng

+) Hai đầu là nút hoặc là bụng : L=k.λ/2

+)Một đầu là nút một đầu là bụng: L=( k+0,5) λ/2

            II.Sóng âm

1.Đ/N: Là sóng cơ học(sóng dọc)truyền trong môi trường vật chất có tần số nằm trong khoảng từ 16-20000Hz.

2.Sự truyền âm: Truyền trong môi trường rắn,lỏng,khí.Vận tốc truyền phụ thuộc vào tính đàn hồi,mật độ môi trường và nhiệt độ.

+)Âm không truyền trong môi trường chân không và : Vrắn > Vlỏng > Vkhí

+)Siêu âm:Là sóng cơ học có f > 20000Hz,không gây ra cảm giác trong tai ta

+)Hạ âm: Là sóng cơ học có f < 16Hz,không gây ra cảm giác trong tai ta.

+)Chất nhẹ xốp truyền âm kém.

            3.Năng lượng âm: Âm mang năng lượng tỉ lệ với bình phương biên độ sóng.

+)Cường độ âm  I (W/m2) là năng lượng sóng âm truyền trong một đơn vị thời gian qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền âm.

+)Mức cường độ âm L = 10lg(I/Io) (dB) với Io=10^-12(W/m2):cường độ âm chuẩn

            4.Các đặc trưng sinh lý của âm:

+)Độ cao:Phụ thuộc vào tần số f: f nhỏ âm trầm,f lớn âm bổng(cao)

+)Âm sắc:Âm có sắc thái khác nhau,phụ thuộc tần số,biên độ sóng âm và thành phần cấu tạo âm(số họa âm và cường độ họa âm)

+)Độ to: phụ thuộc vào mức cường độ âm L

+)Ngưỡng nghe:là cường độ âm nhỏ nhất gây ra cảm giác âm trong tai ta.Ngường nghe chỉ phụ thuộc vào tần số: âm cao nghe rõ hơn âm trầm.

+)Tai nghe được âm có L thuộc khoảng từ 0 đến 130dB( từ ngưỡng nghe đến ngưỡng đau)