Sóng dừng: Tóm tắt lý thuyết và công thức sóng dừng vật lí 12 quan trọng | Blog Góc Vật lý

Sóng dừng: Tóm tắt lý thuyết và công thức sóng dừng  vật lí 12 quan trọng 

>>>Tải file word bài viết này

Bạn đang xem: Tóm tắt lý thuyết và công thức sóng dừng vật lí 12 trên Blog Góc Vật lí

Liên quan: Bài tập cơ bản về Con lắc đơn

Tóm tắt lí thuyết Sóng dừng

Khi sóng truyền đi trong môi trường vật chất với vận tốc v, bước sóng  λ và tần số f  gặp vật cản sẽ thay đổi hướng truyền! 

Ta đã biết, sóng có tần số (f) từ nguồn O truyền tới điểm M sẽ có vận tốc (v) xác định bằng thương số giữa quãng đường sóng truyền đi được trong 1 chu kỳ  (là λ) với thời gian đi hết quãng đường đó (là T) : v=λf=λ/T .Sóng từ O gọi là sóng tới.

Sóng tới là gì?

Sóng tới là sóng lan truyền đến một điểm trên phương truyền sóng.

Nếu trên đường truyền, sóng gặp vật cản bị phản xạ lại và 'quay trở lại' môi trường tới. Sóng này gọi là Sóng phản xạ.

Sóng phản xạ là gì?

Sóng phản xạ là sóng khi lan truyền thì gặp một vật cản, bật ngược trở lại môi trường tới. Nếu sóng là hàm số u(t), thì: u(phản xạ) = - u(tới) 

Đặc điểm của Sóng phản xạ: 

Giả sử năng lượng sóng không hao hụt trong quá trình truyền sóng. Khi đó:

• Sóng phản xạ có cùng biên độ, cùng tần số với sóng tới. 

• Nếu vật cản di động: Sóng phản xạ cùng pha sóng tới.

• Nếu vật cản cố định: Sóng phản xạ ngược pha với sóng tới.

Sóng phản xạ và sóng tới nếu truyền theo cùng một phương thì có thể giao thoa với nhau và tạo ra sóng dừng.

Theo wikipedia, sóng dừng hay còn được gọi là sóng đứng, hoặc sóng tĩnh là một loại sóng dao động theo thời gian nhưng có biên độ đỉnh sóng không di chuyển trong không gian.

Các phần tử điểm mà tại đó biên độ là tối thiểu được gọi là các nút sóng và các phần tử có biên độ tối đa được gọi là các bụng sóng.

Khi Sóng tới giao thoa với Sóng Phản xạ tạo thành các bụng sóng và nút sóng cố định ta có một hệ sóng dừng như hình minh họa dưới đây.

Với hệ sóng dừng trên dây có các nút sóng, bụng sóng và ta có thể đếm được số lượng các bó sóng.

Ví dụ về Sóng dừng 2 đầu dây là nút: N-N

Ví dụ về Sóng dừng có 1 đầu dây là nút, 1 đầu dây là bụng: N-B

Đặc điểm của Sóng dừng:

• Sóng dừng là sóng có các bụng và nút sóng cố định.

• Sóng dừng là sự giao thoa giữa sóng tới và sóng phản xạ.

• Bụng sóng là những điểm có biên độ dao động cực đại A=2a

• Nút sóng là những điểm có biên độ dao động cực tiểu A=0

Phương trình sóng dừng

• Xét sóng dừng trên dây đàn hồi. Sóng nguồn âm tại A.

• Phương trình sóng tới điểm B:

• Phương trình sóng phản xạ tại điểm B:

• Phương trình sóng tới điểm M: (sớm pha hơn điểm B)

                                       

• Phương trình sóng phản xạ tại M: (Chậm pha hơn sóng phản xạ tại B)

                               

• Tại M nhận được sóng tới và sóng phản xạ, phương trình dao động tổng hợp tại M là: uM=uM+u'M . Dùng công thức lượng giác “cosa+cosb”, ta được:

Hoặc viết lại là:

• Công thức biên độ của dao động sóng tổng hợp là:

                        

• Khoảng cách giữa hai bụng sóng liên tiếp là:  λ/2                   

• Khoảng cách giữa hai nút sóng liên tiếp là: λ/2                       

• Nếu M là nút sóng thì vị trí của các nút sóng được tính thông qua biểu thức: d = k2.                                   

• Nếu M là bụng sóng thì vị trí bụng tính bởi công thức:

d =(k+0,5)2 hay d = (2k+1)4. 

Với k là số bụng sóng có trên đoạn MB, không tính nửa bụng tại M.

Điều kiện có sóng dừng

• Điều kiện có sóng dừng khi hai đầu dây đều là nút sóng, lúc đó chiều dài dây (L) phải thỏa mãn:  

L = kλ/2 (k là số tự nhiên lớn hơn 0)

Trong trường hợp này:

• Số bụng sóng = số bó sóng = k

• Số nút sóng = k+1

Sóng dừng trên màng rung với 1 bó sóng, 1 bụng sóng và 2 nút cố định ở rìa

Sóng dừng có họa âm cao hơn trên màng đĩa với hai đường nút cắt nhau tại tâm đĩa.

Trong chương trình Vật lí PHPT hiện nay, ta hầu như chỉ gặp các bài toán về sóng dừng trên dây đàn hồi hoặc dạng bài toán giao thoa sóng âm với cột không khí.

Ta làm bài toán dạng điều kiện có sóng dừng trên dây để hiểu rõ hơn phần tóm tắt lí thuyết sóng dừng vừa rồi nhé. 

VD: Trên một sợi dây dài 2 m đang có sóng dừng với tần số 100 Hz, người ta thấy ngoài 2 đầu dây cố định còn có 3 điểm khác luôn đứng yên. Tốc độ truyền sóng trên dây là bao nhiêu?

A. 100 m/s. B. 40 m/s. C. 80 m/s. D. 60 m/s.

Đây là dạng toán cơ bản về Sóng dừng trên dây đàn hồi. Ta thấy, điều kiện sóng dừng trên dây với hai đầu cố định là: L=kλ/2. 

Trong đó: Số bụng sóng B = số bó sóng n = k; Số nút sóng N = k+1.

Các điểm đứng yên là các điểm nút nên tổng số nút trên dây là:  

N = 2 + 3 = 5  ⇒ k=4.

Suy ra: 2 = 4.λ/2 ⇒ λ = 1m. 

Vậy tốc độ truyền sóng trên dây là: v = λ.f = 1.100 = 100m/s. Chọn A

Bạn có thể xem thêm ví dụ khác về cách Xác định chiều dài dây - sóng dừng 

• Điều kiện có sóng dừng khi một đầu dây là nút, một đầu là bụng, chiều dài dây phải thỏa mãn:  L = (2k+1)λ/4

Với Số bụng (B), số nút (N), số bó (n): 

• Khi hai đầu là nút sóng, thì: 

• B=n

• N=B+1 

• Khi một đầu là nút sóng, một đầu là bụng, thì: N = B = n 

Ứng dụng của sóng dừng là gì?

Sóng dừng có công dụng như sau:

• Quan sát hiện tượng giao thoa giữa sóng tới và sóng phản xạ.

• Đo tốc độ truyền sóng.

• Đo bước sóng.

Bài viết này thuộc chủ đề Sóng dừng trong Vật lí 12, bạn có đóng góp về nội dung bài viết này xin hãy để lại nhận xét cuối bài viết hoặc liên hệ với Admin Góc Vật lí: Bùi Công Thắng nha. Chúc bạn thành công! 

Bạn muốn tìm kiếm gì không?

Tóm tắt công thức sóng âm đầy đủ và bài tập sóng âm |Blog Góc Vật lí

Tóm tắt công thức sóng âm đầy đủ và bài tập 

I. Nhắc lại về sóng âm

1. Sóng âm là gì?

Sóng âm là sự lan truyền dao động âm trong các môi trường vật chất và sóng âm là một trường hợp riêng của sóng cơ.

Sóng âm trong môi trường lỏng và khí thì là sóng dọc. Còn trong môi trường rắn, sóng âm vừa là sóng dọc, vừa là sóng ngang.

2. Phân loại sóng âm

Sóng âm gồm ba loại (phân loại theo tần số)

+) Âm nghe được: Là sóng âm có tần số thỏa mãn nằm trong đoạn từ 16Hz đến 20000Hz

+) Siêu âm: Là sóng âm thỏa mãn f>20000Hz

+) Hạ âm: Là sóng âm thỏa mãn f<16Hz

Siêu âm và hạ âm là hai sóng âm mà tai người không nghe được. Nhưng có một số loài có thể nghe được siêu âm như dơi, cá heo,… còn hạ âm có thể nghe được bởi voi,…

 

3. Nguồn âm

Tất cả các vật phát ra dao động âm được gọi là nguồn âm

Tần số âm phát ra phải bằng tần số của nguồn âm

4. Môi trường truyền âm

Sóng cơ truyền được trong môi trường nào thì sóng âm cũng truyền được trong môi trường đó.

Vậy sóng âm truyền được trong ba môi trường: Rắn, lỏng, khí.

Sóng âm không truyền được trong chân không (do trong chân không không có các phần tử vật chất.

Tốc độ truyền âm trong ba môi trường: v rắn >v lỏng >v khí  

(Môi trường có mật độ phần tử vật chất càng lớn thì vận tốc truyền âm càng lớn).

Tốc độ truyền âm phụ thuộc vào bản chất của môi trường truyền âm.

Khi sóng âm truyền từ môi trường này sang môi trường khác thì tần số không thay đổi

Vật liệu cách âm: Bông, len, xốp…

II. Các công thức về sóng âm cơ bản cần ghi nhớ

Công thức về cường độ âm: 

Công thức mức cường độ âm:  

Hoặc:

Công thức mở rộng: 

 Tần số sóng âm do dây đàn phát ra (hai đầu cố định): f=(kv)/(2l). Nếu k=1 thì âm phát ra là âm cơ bản; nếu k>1 thì âm phát ra là họa âm

$\mathrm{==>\; Sóng\; dừng}$

II. Bài tập

1. Một chiếc sáo phát ra âm có tần số âm cơ bản là 420 Hz. Một người có thể nghe được âm có tần số cao nhất là 20000 Hz. Tần số âm cao nhất mà người này có thể nghe được do chiếc sáo phát ra là bao nhiêu?

Giải: Ta có: fn=n*fcơ bản=420n (nN)

Mà 

Vậy tần số âm lớn nhất chiếc sáo phát ra mà người này có thể nghe được: 47. 420=19740

2. Một nguồn âm phát âm đẳng hướng trong không gian. Cho rằng không có sự hấp thụ và phản xạ âm thanh. Tại một điểm cách nguồn âm 10m thì mức cường độ âm là 80dB. Tại điểm cách nguồn âm 1m thì mức cường độ âm bằng bao nhiêu?

Giải: Ta có: 

3. Hai họa âm liên tiếp do một dây đàn phát ra có tần số hơn kém nhau 50 Hz, họa âm thứ năm và họa âm thứ sáu có tần số bằng bao nhiêu?

Giải: Hai họa âm liên tiếp hơn kém nhau 50 Hz nên ta có:

Vậy họa âm thứ năm có tần số là: 

f 5=5*f1=5.50=250 Hz

Vậy họa âm thứ sáu có tần số là: 

f6 =5.60=300 Hz

4. Một nguồn âm điểm S phát âm đẳng hướng với công suất không đổi trong một môi trường không hấp thụ và không phản xạ âm. Lúc đầu, mức cường độ âm do S gây ra tại điểm M là L (dB). Khi cho S tiến lại gần M thêm một đoạn 60 m thì mức cường độ âm tại M lúc này là L + 6 (dB). Khoảng cách từ S đến M lúc đầu là

Giải:

Ta có: 

5. Một ống thủy tinh hình trụ đặt thẳng đứng, đầu trên hở trong không khí. Ống đang chứa nước với mực nước ổn định. Biết rằng khi đưa một âm thoa lại gần miệng ống và kích thích âm thoa dao động với tần f=1100 Hz thì ống không phát ra âm thanh. Giữ nguyên âm thoa tiếp tục dao động rồi dâng mực nước lên cao dần thì thấy âm thanh ống phát ra to dần đến cực đại, rồi từ từ nhỏ dần đến tắt hẳn, khi đó mực nước dâng lên 15 cm so với lúc trước. Tìm tốc độ truyền âm trong không khí?

Giải:

Mực nước dâng lên ứng với λ/2=15 cm => λ=30cm

Vận tốc truyền âm trong không khí là : v=λ*f=0,3*1100=330 m/s 

Công thức sóng âm tuy ít nhưng bài tập áp dụng những công thức sóng âm này lại vô cùng khó nhằn, không dễ nhai. Để làm được những bài tập về sóng âm ta sẽ cùng ôn lại những kiến thức về sóng âm và học thêm những công thức sóng âm nâng cao, ngoài những công thức đã có trong sách.

115 Câu trắc nghiệm Luyện thi THPT QG phần Sóng cơ - Vật lí 12 | Bùi Công Thắng - Góc vật lí

115 trắc nghiệm Luyện thi PTQG phần Sóng cơ - Vật lí 12 | Bùi Công Thắng - Góc vật lí

Bài viết này chia sẻ tài liệu Luyện thi đại học môn vật lí theo chủ đề Sóng cơ - Sóng âm với 115 câu trắc nghiệm có đáp án. Có Link tải về file word cho bạn ở dưới nhé.

16 Câu hỏi Tự luận chủ đề Năng lượng của Con lắc đơn có đáp án - Blog Góc Vật Lý

Trong bài này, Góc Vật lí xin chia sẻ 16 Câu hỏi Tự luận chủ đề Năng lượng Con lắc đơn có đáp án, giúp cho quá trình Luyện tập phần Dao động cơ học của các bạn tốt nhất.

Bài này nằm trong các dạng Bài tập cơ bản về Con lắc đơn, bao gồm: 

• Chủ đề 1 Con lắc đơn: Các bài toán cơ bản
• Chủ đề 2 Con lắc đơn: Vận tốc và lực căng dây
• Chủ đề 3 Con lắc đơn: Năng lượng 
• Chủ đề 4 Con lắc đơn: Chu kì phụ thuộc nhiệt độ và cao độ - Con lắc trùng phùng
• Chủ đề 5 Con lắc đơn: Con lắc đơn chịu thêm một lực không đổi

Công Thức Con Lắc Đơn | Dao Động Cơ | Vật lí 12 Bùi Công Thắng Góc Vật lí

Tổng hợp các Công Thức Con Lắc Đơn có các Bài tập mẫu Dao Động Cơ | Vật lí 12   Bùi Công Thắng Góc Vật lí

Bài viết này thuộc chủ đề Công Thức Con Lắc Đơn | Dao Động Cơ | Vật lí 12 Bùi Công Thắng Góc Vật lí 12 , bạn có đóng góp về nội dung bài viết này xin hãy để lại nhận xét cuối bài viết hoặc liên hệ với Admin Góc Vật lí: Bùi Công Thắng nha. Chúc bạn thành công!

Bạn muốn tìm kiếm gì không?

Mô phỏng con lắc lò xo |Blog Góc Vật lí

Góc Vật lí xin giới thiệu Mô phỏng con lắc lò xo, tài nguyên này được chia sẻ bởi phet.colorado.edu. Các nội dung liên quan: 

• Chuyển động tuần hoàn 
• Định luật Hooke 
• Bảo toàn năng lượng

Bài viết này thuộc chủ đề Con lắc lò xo, bạn có đóng góp về nội dung bài viết này xin hãy để lại nhận xét cuối bài viết hoặc liên hệ với Admin Góc Vật lí: Bùi Công Thắng nha. Chúc bạn thành công!

Bạn muốn tìm kiếm gì không?

30 câu trắc nghiệm Hay Chủ đề Dao Động Điều Hòa - Dao Động Cơ - Vật lí 12

 

Bài viết này thuộc chủ đề Chủ đề Dao Động Điều Hòa - Dao Động Cơ - Vật lí 12, bạn có đóng góp về nội dung bài viết này xin hãy để lại nhận xét cuối bài viết hoặc liên hệ với Admin Góc Vật lí: Bùi Công Thắng nha. 

Chúc bạn thành công!