Ôn tập Vật lý 12 - Chương 2: Sóng cơ và sóng âm

CHƯƠNG II : SÓNG CƠ VÀ SÓNG ÂM
TÓM TẮT LÝ THUYẾT.
1. CÁC ĐỊNH NGHĨA: 
 + Sóng cơ là những dao động lan truyền trong môi trường .
 + Khi sóng cơ truyền đi chỉ có pha dao động của các phần tử vật chất lan truyền còn các phần tử vật chất thì dao động xung quanh vị trí cân bằng cố định.
 + Sóng ngang là sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng. Ví dụ: sóng trên mặt nước, sóng trên sợi dây cao su.
 + Sóng dọc là sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương trùng với phương truyền sóng.	 Ví dụ: sóng âm, sóng trên một lò xo.
 + Biên độ của sóng A: là biên độ dao động của một phần tử vật chất của môi trường có sóng truyền qua.
 + Chu kỳ sóng T: là chu kỳ dao động của một phần tử vật chất của môi trường sóng truyền qua.
 + Tần số f: là đại lượng nghịch đảo của chu kỳ són : f = 
 + Tốc độ truyền sóng v : là tốc độ lan truyền dao động trong môi trường . 
 + Bước sóng l:là quảng đường mà sóng truyền được trong một chu kỳ. l = vT = .
 +Bước sóng l cũng là khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng dao động cùng pha với nhau. 
 + Khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng mà dao động ngược pha là .
2. PHƯƠNG TRÌNH SÓNG:
	Nếu phương trình sóng tại O là uO =Aocos(wt) thì phương trình sóng tại M cách O 1 đoạn x trên phương truyền sóng là: 
 uM = AMcos(w(t - Dt) . Hay uM =AaMcos (wt - 2p) 
	Nếu bỏ qua mất mát năng lượng trong quá trình truyền sóng thì biên độ sóng tại A và tại M bằng nhau
	 (ao = aM = a).
 Thì : uM =Acos 2p( ) 
3. GIAO THOA SÓNG:
* Nguồn kết hợp, sóng kết hợp, Sự giao thoa của sóng kết hợp.
+ Hai nguồn dao động cùng tần số, cùng pha hoặc có độ lệch pha không đổi theo thời gian gọi là hai nguồn kết hợp.
+ Hai sóng có cùng tần số, cùng pha hoặc có độ lệch pha không đổi theo thời gian gọi là hai sóng kết hợp.
+ Giao thoa là sự tổng hợp của hai hay nhiều sóng kết hợp trong không gian, trong đó có những chổ cố định mà biên độ sóng được tăng cường hoặc bị giảm bớt.
*Lý thuyết về giao thoa: 
 +Giả sử S1 và S2 là hai nguồn kết hợp có phương trình sóng uS1 =uS2 = Acos và cùng truyến đến điểm M ( với S1M = d1 và S2M = d2 ). Gọi v là tốc độ truyền sóng. Phương trình dao động tại M do S1 và S2 truyền đến lần lượt là: 
M
S1
S2
d1
d2
u1M = Acos 
u2M = Acos 
 +Phương trình dao động tại M: uM = u1M + u2M = 2Acoscos 
Dao động của phần tử tại M là dao động điều hoà cùng chu kỳ với hai nguồn và có biên độ:
AM = 2Acos
+ Khi hai sóng kết hợp gặp nhau: 
	-Tại những chổ chúng cùng pha, chúng sẽ tăng cường nhau, biên độ dao động tổng hợp đạt cực đại:
	VỊ TRÍ CÁC CỰC ĐẠI GIAO THOA: Những chổ mà hiệu đường đi bằng một số nguyên lần bước sóng: d1 – d2 = kl ;( k = 0, ±1, ± 2 ,...) dao động của môi trường ở đây là mạnh nhất.
	-Tại những chổ chúng ngược pha, chúng sẽ triệt tiêu nhau, biên độ dao động tổng hợp có giá trị cực tiểu: 
	VỊ TRÍ CÁC CỰC TIỂU GIAO THOA : Những chổ mà hiệu đường đi bằng một số lẻ nữa bước sóng: 
 d1 – d2 = (2k + 1), ;( k = 0, ±1, ± 2 ,...) dao động của môi trường ở đây là yếu nhất.
	-Tại những điểm khác thì biên độ sóng có giá trị trung gian.
*Điều kiện giao thoa: -Dao động cùng phương , cùng chu kỳ hay tần số
	-Có hiệu số pha không đổi theo thời gian.
4.SÓNG DỪNG:
+ Sóng dừng là sóng truyền trên sợi dây trong trưởng hợp xuất hiện các nút và các bụng 
+ Sóng dừng có được là do sự giao thoa của sóng tới và sóng phản xạ cùng phát ra từ một nguồn.
+ Điều kiện để có sóng dừng
	-Để có sóng dừng trên sợi dây với hai nút ở hai đầu (hai đầu cố định) thì chiều dài của sợi dây phải bằng một số nguyên lần nữa bước sóng. l = k
 -Để có sóng dừng trên sợi dây với một đầu là nút một đầu là bụng (một đầu cố định, một đầu dao động) thì chiều dài của sợi dây phải bằng một số lẻ bước sóng. l = (2k + 1)
+ Đặc điểm của sóng dừng
	-Biên độ dao động của phần tử vật chất ở mỗi điểm không đổi theo thời gian.
	-Khoảng cách giữa 2 nút hoặc 2 bụng liền kề là .	-Khoảng cách giữa nút và bụng liền kề là . 
+ Xác định bước sóng, tốc độ truyền sóng nhờ sóng dừng:-Khoảng cách giữa hai nút sóng là .
	 -Tốc độ truyền sóng: v = lf = .
5. ÂM THANH:
* Sóng âm: Sóng âm là những sóng cơ truyền trong môi trường khí, lỏng, rắn .
 Tần số của của sóng âm cũng là tần số âm .
*Nguồn âm: Một vật dao động tạo phát ra âm là một nguồn âm.
*Âm nghe được , hạ âm, siêu âm
 +Âm nghe được có tần số từ 16Hz đến 20000Hz và gây ra cảm giác âm trong tai con người. 
 +Hạ âm : Những sóng cơ học tần số nhỏ hơn 16Hz gọi là sóng hạ âm, tai người không nghe được
 +siêu âm :Những sóng cơ học tần số lớn hơn 20000Hz gọi là sóng siêu âm , tai người không nghe được. 
 +Sóng âm, sóng hạ âm, sóng siêu âm đều là những sóng cơ học lan truyền trong môi trường vật chất nhưng chúng có tần số khác nhau và tai người chỉ cảm thụ được sóng âm chứ không cảm thụ được sóng hạ âm và sóng siêu âm.
+Nhạc âm có tần số xác định.
* Môi trường truyền âm 
	Sóng âm truyền được trong cả ba môi trường rắn, lỏng và khí nhưng không truyền được trong chân không.
	Các vật liệu như bông, nhung, tấm xốp có tính đàn hồi kém nên truyền âm kém, chúng được dùng làm vật liệu cách âm.
*Tốc độ truyền âm: Sóng âm truyền trong mỗi môi trường với một tốc độ xác định.
 -Tốc độ truyền âm phụ thuộc vào tính đàn hồi, mật độ của môi trường và nhiệt độ của môi trường. 
 -Nói chung tốc độ âm trong chất rắn lớn hơn trong chất lỏng và trong chất lỏng lớn hơn trong chất khí.
 -Khi âm truyền từ môi trường này sang môi trường khác thì vận tốc truyền âm thay đổi, bước sóng của sóng âm thay đổi còn tần số của âm thì không thay đổi.
* Các đặc tính vật lý của âm:
-Tần số âm: Tần số của của sóng âm cũng là tần số âm .
-Cường độ âm I tại một điểm là đại lượng đo bằng lượng năng lượng mà sóng âm tải qua một đơn vị diện tích đặt tại điểm đó, vuông góc với phuơng truyền sóng trong một đơn vị thời gian .
Đơn vị cường độ âm là W/m2.
-Mức Cường độ âm : Mức cường độ âm L là lôga thập phân của thương số giữa cường độ âm I và cường độ âm chuẩn Io: L = lg. 
+Đơn vị của mức cường độ âm là ben (B), thực tế thường dùng ước số của ben là đềxiben (dB):1B = 10dB.
-Âm cơ bản và hoạ âm : Sóng âm do một người hay một nhạc cụ phát ra là tổng hợp của nhiều sóng âm phát ra cùng một lúc. Các sóng này có tần số là f, 2f, 3f, . Âm có tần số f gọi là hoạ âm cơ bản, các âm có tần số 2f, 3f,  gọi là các hoạ âm thứ 2, thứ 3, . Tập hợp các hoạ âm tạo thành phổ của nhạc âm nói trên 
-Đồ thị dao động âm : của cùng một nhạc âm (như âm la chẳng hạn) do các nhạc cụ khác nhau phát ra thì hoàn toàn khác nhau.
* Các đặc tính sinh lý của âm:
+ Độ cao của âm: phụ vào tần số của âm. 
 Âm cao (hoặc thanh) có tần số lớn, âm thấp (hoặc trầm) có tần số nhỏ.
+ Độ to của âm: gắn liền với đặc trưng vật lý mức cường độ âm.
+ Âm sắc: Giúp ta phân biệt âm do các nguồn khác nhau phát ra. Âm sắc có liên quan mật thiết với đồ thị dao động âm.