Biên độ của dao động sóng cơ - Vật lý 12

$v_M$: Vận tốc của dao động sóng theo phương vuông góc với phương truyền. $\left(m/s\right)$

$A:$ Biên độ dao động $\left(cm\right)$

$\omega$: Tần số góc của dao động sóng $\left(rad/s\right)$

$x:$ Vị trí M so với O $\left(cm\right)$

$\lambda$: Bước sóng $\left(cm\right)$

$$\begin{gathered} u_M=A\cos (\omega t+\frac{2\pi x_M}{\lambda }) \\ {u}_N=A\cos (\omega t+\frac{2\pi x_N}{\lambda }) \\ {u}_M=A\cos (\omega t+\frac{2\pi \left(x_N+(k+{\displaystyle \frac{1}{2}}){\displaystyle \frac{1}{2}}\lambda \right)}{\lambda })=A\cos (\omega t+\frac{2\pi x_N}{\lambda }+\frac{\pi }{2})=-A\sin (\omega t+\frac{2\pi x_N}{\lambda }) \\ \Rightarrow {u_M}^2+{u_N}^2=A^2 \end{gathered}$$

Hai nguồn $S_1,S_2$

$$\begin{gathered} u_{S_1}=A\cos \left(\omega t+{\phi }_1\right) \\ {u}_{S_2}=A\cos \left(\omega t+{\phi }_2\right) \end{gathered}$$

$d_1,d_2$ lần lượt là khoảng cách từ M đến $S_1,S_2$

$u_M$ li độ tại M

$A_M=2A\left|\cos \left(\frac{\pi \left(d_{2M}-d_{1M}\right)}{\lambda }-\frac{∆\phi }{2}\right)\right|$ là biên độ sóng tại M

$∆\phi ={\phi }_2-{\phi }_1$

${\phi }_M=-\frac{\pi \left(d_{2M}+d_{1M}\right)}{\lambda }+\frac{{\phi }_1+{\phi }_2}{2}$ khi $\cos \left(\frac{\pi \left(d_{2M}-d_{1M}\right)}{\lambda }-\frac{∆\phi }{2}\right) >0$

${\phi }_M=-\frac{\pi \left(d_{2M}+d_{1M}\right)}{\lambda }+\frac{{\phi }_1+{\phi }_2}{2}+\pi$ khi $\cos \left(\frac{\pi \left(d_{2M}-d_{1M}\right)}{\lambda }-\frac{∆\phi }{2}\right) <0$

$A_M$ :Biên độ tổng hợp tại M

$A_M\le 2A$

$d_2=S_{2}M;d_1=S_{1}M$

$∆\phi ={\phi }_2-{\phi }_1$

$A_M$ :Biên độ tổng hợp tại M

định nghĩa : Sóng phản xạ là sóng phản xạ bởi vật cản khi sóng truyền tới.

Sóng phản xạ cùng A, T, f với sóng tới

Vật cản cố định : sóng phản xạ ngược pha sóng tới

Vật cản tự do: sóng phản xạ cùng pha sóng tới.

Hình ảnh thí nghiệm sóng dừng trên dây có hai đầu cố định

Đặc điểm của sóng dừng

+ Nút sóng là những điểm dao động có biên độ bằng 0 hay đứng yên.

+ Bụng sóng là những điểm dao động với biên độ cực đại.

+ Khoảng cách giữa 2 bụng sóng hoặc 2 nút sóng liên tiếp: $\frac{\lambda }{2}$.

+ Khoảng cách giữa 1 nút sóng và 1 bụng sóng liên tiếp: $\frac{\lambda }{4}$.

+ Thời gian ngắn nhất giữa 2 lần duỗi thẳng : $∆t=\frac{\lambda }{2v}=\frac{T}{2}=\frac{1}{2f}$.

+ Nếu nguồn có tần số f thì sóng dừng dao động với tần số là 2f.

+ Gọi A biên độ của sóng tới (nguồn) thì biên độ dao động của bụng là 2A và bề rộng bụng sóng là 4A.

+ Tại vị trí vật cản cố định, sóng tới và sóng phản xạ ngược pha nhau.

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

+ Sóng dừng không có sự lan truyền năng lượng và truyền trạng thái dao động.

+ Ứng dụng của sóng dừng là xác định vận tốc truyền sóng, chế tạo nhạc cụ.

$A_M$ biên độ tại M cách nút gần nhất 1 đoạn x.

Hai điểm đối xứng qua nút thì ngược pha

$A_M$ biên độ tại M cách bụng gần nhất 1 đoạn x.

Hai điểm đối xứng qua bụng thì cùng pha

CM=x ,$x=l-d$

Sóng tới truyền tới M: 

$$\begin{gathered} u_{CM}=A\cos \left(\omega t+\phi -\frac{2\pi \left(l-d\right)}{\lambda }\right) \\ {u}_{CB}=A\cos \left(\omega t+\phi -\frac{2\pi l}{\lambda }\right) \to , u_{CM}=A\cos \left(\omega t+\phi -\frac{2\pi (l+d)}{\lambda }-\pi \right) \end{gathered}$$

$$\begin{gathered} u_M=u_{CM}+u_{BM}=2A\cos \left(\frac{2\pi d}{\lambda }+\frac{\pi }{2}\right)\cos \left(\omega t+\phi -\frac{\pi }{2}-\frac{2\pi l}{\lambda }\right) \\ =2A\cos \left(\frac{2\pi d}{\lambda }+\frac{\pi }{2}\right)\cos \left(\omega t+\phi -\frac{\pi }{2}-\frac{2\pi l}{\lambda }\right) \end{gathered}$$

Hai điểm đối xứng qua bụng cùng pha , qua nút thì ngược pha

Với l là chiều dài dây, d là khoảng cách từ M đến nút

d là khoảng cách từ M đến bụng sóng.

Sóng tới truyền tới M: 

$$\begin{gathered} u_{1M}=A\cos \left(\omega t+\phi -\frac{2\pi (l-d)}{\lambda }\right) , \\ u_{1M}\text{'}=A\cos \left(\omega t+\phi -\frac{2\pi \left(l+d\right)}{\lambda }\right) \end{gathered}$$

$u_M=u_{1M}+u_{1M}\text{'}=2A\cos \left(\frac{2\pi d}{\lambda }\right)\cos \left(\omega t+\phi -\frac{2\pi l}{\lambda }\right)$

Hai điểm đối xứng qua bụng cùng pha , qua nút thì ngược pha

Với $u_M ; u_N$ li độ tại M ,N

$A_M,A_N$ biên độ tại M ,N

$v_M ,v_N$ vận tốc dao động tại M.N

$$\begin{gathered} v_{M max}=A_M.2\pi \frac{v}{\lambda } \\ \iff \frac{v_{M max}}{v}=\frac{2\pi A_M}{\lambda } \end{gathered}$$

+ Các điểm nằm trên cùng một bó sóng thì dao động cùng pha. Các điểm nằm trên hai bó sóng liền kề thì dao động ngược pha.

+ Các điểm nằm trên các bó cùng chẵn hoặc cùng lẻ thì dao động cùng pha, các điểm nằm trên các bó lẻ thì dao động ngược pha với các điểm nằm trên bó chẵn.

Hộp cộng hưởng âm : có tác dụng làm tăng mức cường độ âm.Tùy theo vật liệu cộng hưởng âm sinh ra khác nhau và tạo ra nét đồ thi dao động âm riêng.

Ví dụ hộp đàn: guitar , piano