Tần số dao động của sóng cơ - Vật lý 12

Bước sóng  λ : là khoảng cách giữa hai phần tử của sóng gần nhau nhất trên phương truyền sóng dao động cùng pha. Bước sóng cũng là quãng đường mà sóng truyền đi được trong một chu kỳ.

Bước sóng của sóng cơ tỉ lệ thuận với vận tốc truyền sóng và ti lệ nghịch với tần số sóng

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

$f$: Tần số sóng $\left(Hz\right)$

$T$:Chu kì sóng $\left(s\right)$

$v$: Vận tốc truyền sóng $\left(m/s\right)$

$l:$Khoảng cách giữa n đỉnh sóng

$l:$Khoảng cách giữa n đỉnh sóng$\left(cm\right)$

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

$u_O=A\cos \left(\omega t+\phi \right)$

- : Sóng truyền từ O đến M chiều dương

+:Sóng truyền từ M đến O chiều âm

$A:$ 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 $\left(cm\right)$

$t>\frac{x}{v}$ có ý nghĩa là thời gian ta xét trạng thái dao động tại M phải lớn thời gian sóng truyền tới M.

$v_M$: 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 $\left(cm\right)$

$T:$ Chu kì sóng $\left(s\right)$

$t :$ Thời gian $\left(s\right)$

$N$ : số lần nhấp nhô hoặc số đỉnh sóng tới 

+ Hai nguồn kết hợp là hai nguồn dao động cùng phương cùng tần số (cùng chu kì, cùng tần số góc) và có hiệu số pha không thay đổi theo thời gian. Hai nguồn kết hợp cùng pha là hai nguồn đồng bộ.

+ Hai sóng do hai nguồn kết hợp cùng phát ra là hai sóng kết hợp.

+ Giao thoa sóng là sự tổng hợp của hai hay nhiều sóng kết hợp trong không gian, trong đó có những vị trí biên độ sóng tổng hợp được tăng cường hoặc bị giảm bớt.

Mỗi âm thanh điều có tần số gọi là tần số âm khi qua các môi trường tần số âm không thay đổi và ảnh hưởng đến độ cao

Độ cao của âm được đặc trưng bởi tần số âm khi âm thanh có tần số càng lớn thì càng cao

$f<16 \left(Hz\right)$ : hạ âm (tiếng đập cánh của ruồi)

$f>20000 \left(Hz\right)$: siêu âm (dơi , cá voi)

Đặc trưng sinh lý giúp ta phân biệt các âm có cùng độ cao , mức cường độ âm từ các nguồn khác nhau

Âm cơ bản: $f_1=f_{min}=\frac{v}{2l}$

Họa âm bậc 2 : $f_2=2f_1$

Họa âm bậc k: :$f_k=k{f}_1$

$f_1=f_{min}=\frac{v}{4l}$ :Tần số âm cơ bản

$f_3=3f_1=3\frac{v}{4l}$:Tần số âm bậc 3

Tần số âm bằng một số lần k lẻ tần số âm cơ bản

Họa âm bậc 1 : $f_1=\frac{v}{2l}$ (âm cơ bản)

Họa âm bậc 2 :$f_2=2\frac{v}{2l}$

Họa âm bậc n: $f_n=n{f}_1$

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.

Chiều dài dây bằng số nguyên lần nửa bước sóng

Với v là vận tốc truyền sóng

f là tần số dao động của dây

Chiều dài dây bằng số lẻ lần nửa bước sóng

Với v là vận tốc truyền sóng

f là tần số dao động của dây

Với v là vận tốc truyền sóng

f là tần số dao động của dây

Nam châm điện sử dụng nguồn xoay chiều

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

1. Định nghĩa

Sóng cơ là dao động cơ lan truyền trong môi trường vật chất.

2. Phân loại

Sóng cơ gồm 2 loại chính: sóng ngang và sóng dọc.

+ Sóng ngang là loại sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng. Sóng ngang chỉ truyền được trên mặt nước và trong chất rắn.

+ Sóng dọc là loại sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương trùng với phương truyền sóng. Sóng dọc sẽ truyền được cả trong chất khí, chất lỏng và chất rắn.

Sóng cơ (cả sóng dọc và sóng ngang) không truyền được trong chân không.

3. Một số đại lượng đặc trưng cho sóng cơ

a. Chu kỳ và tần số

+ Chu kì T của sóng là chu kì dao động của một phần tử của môi trường có sóng truyền qua. 

+ Tần số f là đai lượng đặc trưng cho sóng.

$T=\frac{1}{f}=\frac{\lambda }{v}$

b. Tốc độ truyền sóng

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

+ Tốc độ truyền sóng v là tốc độ lan truyền dao động của môi trường. Đối với mỗi môi trường, tốc độ truyền sóng v có một giá trị nhất định và không đổi. 

+ Khi truyền từ môi trường này sang môi trường khác tốc độ truyền sóng thay đổi, bước sóng thay đổi còn tần số (chu kì, tần số góc) của sóng thì không thay đổi.

+ Tốc độ truyền sóng phụ thuộc vào môi trường: v_rắn > v_lỏng > v_khí

c. Bước sóng

+ Bước sóng là quãng đường mà sóng truyền được trong một chu kì.

+ Bước sóng là quãng đường ngắn nhất giữa hai điểm trên phương truyền sóng dao động cùng pha.

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

d. Năng lượng sóng

Năng lượng sóng là năng lượng dao động của các phần tử của môi trường có sóng truyền qua.

4. Lưu ý:

+ Trong sự truyền sóng, pha dao động truyền đi còn các phần tử của môi trường không truyền đi mà chỉ dao động quanh vị trí cân bằng.

+ Tốc độ truyền sóng khác với tốc độ dao động của phần tử.

giả sử sóng truyền qua môi trường $n_1$ từ A đến B sau đó phản xạ về A:

$t_1=\frac{S}{v_1}$   Thời gian của sóng 1

$$\begin{gathered} t_1\text{'}=\frac{S}{v_1} \\ {t}_2=\frac{S}{v_2} \end{gathered}$$ Thời gian của sóng phản xạ $t{\text{'}}_1$ ,thời gian của sóng truyền qua chất liệu khác $t_2$

$∆t=\left(t_1+t_1\text{'}\right)=\frac{2S}{v}=\frac{2S}{\lambda f}$

$∆t=\left(t_1-t_2\right)=\frac{S}{v_1}-\frac{S}{v_2}$

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

N là số lần dây duỗi thẳng

$∆t$ thời gian giữa 2 lần dây duỗi thẳng

Hai đầu tự do :$f_k=\left(\frac{kv}{2l}\right)=k{f}_0 \left(Min=f_0\right)$

Tần số của sóng dừng trên dây hai đầu cố định bằng số nguyên lần tần số cơ bản .

Tần số của sóng dừng trên dây một đầu cố định bằng số lẻ nguyên lần tần số cơ bản .

$f_{k1}+∆f=f_{k_2}$

Với $∆f$ độ lệch của hai tần số ứng với k1 và k2