[Chuyên đề] Giao thoa sóng cơ học và phương trình sóng dừng

Sóng cơ học và phương trình sóng dừng là một trong những phần kiến thức quan trọng của chương trình vật lý 12.  Nội dung kiến thức xuất hiện dưới nhiều kiểu câu hỏi và dạng bài tập khác nhau từ trắc nghiệm đến tự luận. Do vậy, các bạn không chỉ gặp khó khăn trong quá trình học mà còn trong giai đoạn ôn thi các kì thi.

Toàn bộ các thắc mắc cơ bản nhất bao gồm: Sóng cơ học là gì? Điều cần lưu ý về công thức sóng cơ là gì? Phương trình sóng dừng có thật sự khó như bạn nghĩ?… sẽ được gia sư Thành Tâm giải đáp ở bài viết dưới đây. Hãy cùng đọc và tham khảo nhé!

Sóng cơ là gì? Phân loại sóng cơ học

Sóng cơ là những dao động cơ học, lan truyền trong một môi trường.

Phân loại sóng cơ: Gồm có sóng ngang và sóng dọc

• Sóng ngang: Sóng ngang là sóng, mà phương dao động của các phần tử trong môi trường vuông góc với phương truyền sóng.
• Sóng dọc: là sóng, mà phương dao động của các phần tử trong môi trường trùng với phương truyền sóng.

>> Sóng ngang truyền trong môi trường nào?

→ Sóng ngang truyền trong môi trường chất rắn và bề mặt chất lỏng.

>> Sóng dọc truyền trong môi trường nào?

→ Sóng dọc truyền trong môi trường chất rắn, chất lỏng và chất khí.

>> Ví dụ về sóng ngang: sóng trên mặt nước, sóng trên sợi dây cao su.

>> Ví dụ về sóng dọc: sóng âm, sóng trên một lò xo

Các đại lượng đặc trưng của sóng cơ học

• Chu kì và tần số sóng: là chu kì và tần số dao động của các phần tử trong môi trường.
• Biên độ sóng: Biên độ sóng tại một điểm trong môi trường là biên độ dao động của các phần tử môi trường tại điểm đó.
• Bước sóng (λ) là khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất nằm trên phương truyền sóng dao động cùng pha hay chính là quãng đường sóng truyền trong một chu kì.
• Tốc độ truyền sóng: là tốc độ truyền pha dao động. Trong một môi trường (đồng chất) tốc độ truyền sóng không đổi.
• Năng lượng sóng: Quá trình truyền sóng là quá trình truyền năng lượng từ phân tử này sang phân tử khác. Năng lượng sóng tại một điểm tỉ lệ với bình phương biên độ sóng tại điểm đó.

Độ lệch pha và phương trình sóng cơ học

• Độ lệch pha

Giữa hai điểm trên một phương trình sóng cách nhau một đoạn x hoặc d có độ lệch pha là: Δφ = 2πd/λ

• Lập phương trình truyền sóng: uM = Acos (ωt + φ – 2πd/λ)

>>> Tính chất của sóng là gì? Sóng có tính chất tuần hoàn theo thời gian với T và tuần hoàn theo không gian với “chu kì” bằng bước sóng λ.

>>> Đồ thị của sóng: 

• Theo thời gian là đường sin lặp lại sau k.T
• Theo không gian là đường sin lặp lại sau k.λ

Hiện tượng giao thoa sóng trên mặt nước

• Hiện tượng giao thoa sóng trên mặt nước là gì?

→ Hiện tượng 2 sóng (kết hợp) gặp nhau tạo nên các gợn sóng ổn định (gọi là vân giao thoa ).

• Giải thích

→ Những điểm đứng yên: 2 sóng gặp nhau ngược pha, triệt tiêu nhau.
→ Những điểm dao động rất mạnh: 2 sóng gặp nhau cùng pha, tăng cường lẫn nhau.

• Điều kiện giao thoa sóng là gì? 

→ Hai nguồn dao động cùng phương, cùng chu kì (tần số).

→ Có pha không đổi theo thời gian.

• Phương trình sóng tổng hợp, vị trí cực đại giao thoa (bụng) và cực tiểu giao thoa (nút)

• Lưu ý:

→ Khoảng cách giữa hai điểm cực đại hoặc hai điểm cực tiểu là λ/2.

→ Khoảng cách giữa một cực đại và một cực tiểu là λ/4.

Phương trình sóng dừng

Có thể nói rằng, sóng dừng là phần kiến thức chiếm lượng bài tập nhiều và khó nhất của chương sóng cơ. Điều quan trọng khi học phần này chính là phải nắm được kiến thức cơ bản và phương pháp tư duy nhanh. Khi đó, chắc chắn các bạn sẽ “chinh phục” được những bài tập khó. Cụ thể:

Sự phản xạ của sóng

• Nếu vật cản cố định thì tại điểm phản xạ, sóng phản xạ luôn luôn ngƣợc pha với sóng tới và triệt tiêu lẫn nhau AB
• Nếu vật cản tự do thì tại điểm phản xạ, sóng phản xạ luôn luôn cùng pha với sóng tới và tăng cƣờng lẫn nhau

Sóng dừng

• Sóng tới và sóng phản xạ nếu truyền theo cùng một phương, thì có thể giao thoa với nhau, và tạo thành một hệ sóng dừng.
• Trong sóng dừng, một số điểm luôn đứng yên gọi là nút, một số điểm luôn dao động với biên độ cực đại gọi là bụng.
• Khoảng cách giữa 2 nút liên tiếp hoặc 2 bụng liên tiếp bằng nửa bước sóng
• Sóng dừng là sự giao thoa của sóng tới và sóng phản xạ, có thể có trên một dây, trên mặt chất lỏng, trong không khí (trên mặt chất lỏng nhƣ sóng biển đập vào vách đá thẳng đứng).

Lưu ý:

• Vị trí nút: Khoảng cách giữa hai nút liên tiếp bằng λ/2.
• Vị trí bụng: Khoảng cách giữa hai bụng liên tiếp bằng λ/2.
• Khoảng cách giữa một nút và 1 bụng liên tiếp là λ/4

Điều kiện để có sóng dừng trên sợi dây

• Hai đầu cố định: l = n. λ/2
• Một đầu cố định, một đầu tự do: l = (2n+1). λ/4

Trong đó: l là chiều dài của sợi dây, λ là bước sóng, n là số bụng

Gia sư môn lý lớp 12 của Thành Tâm hi vọng qua bài viết này, các bạn đã lần lượt giải đáp được những thắc mắc về chuyên đề sóng cơ học, phương trình sóng dừng. Cốt lõi của vấn đề đó chính là các bạn phải học vững kiến thức nền tảng, làm bài tập thật nhiều và tự rút ra kinh nghiệm cho chính bản thân mình.

Chúc các bạn học tập tốt!

Mọi chi tiết và thắc mắc vui lòng liên hệ về số hotline 0374771705 hoặc fanpage để được tư vấn và hướng dẫn.

Trung tâm gia sư Thành Tâm mang đến chất lượng dịch vụ gia sư tốt nhất, chắp cánh cùng các tài năng Việt.

TRUNG TÂM GIA SƯ THÀNH TÂM – NƠI CUNG CẤP GIA SƯ CHẤT LƯỢNG HÀNG ĐẦU TẠI HCM

Văn phòng đại diện: 35/52 Đường 44, Phường Hiệp Bình Chánh, Quận Thủ Đức

HOTLINE: 0374771705 (Cô Tâm)

>>> Xem thêm: Dao động điều hòa là gì? [A-Z] Công thức dao động điều hòa 12