Bài 10: Thực hành: Đo tần số của sóng âm

1. Kiến thức trọng tâm

Mục đích của bài thực hành là đo tần số của sóng âm do một âm thoa hoặc một loa phát ra, bằng dao động kí điện tử hoặc bằng phương pháp cộng hưởng trong ống khí.

Phương án dùng dao động kí điện tử: âm thoa phát ra sóng âm, micrô thu sóng âm và chuyển thành tín hiệu điện, dao động kí hiển thị dạng sóng âm trên màn hình. Trên màn hình, tín hiệu có dạng đường hình sin. Đo khoảng thời gian tương ứng với một số chu kì sóng trên màn hình, từ đó tính chu kì $T$ và tần số $f = \frac{1}{T}$.

Cách đọc kết quả: nếu trên màn hình, $n$ chu kì chiếm khoảng thời gian $t$ (đọc theo thang quét ngang, đơn vị thời gian trên mỗi ô), thì chu kì sóng là $T = \frac{t}{n}$, tần số $f = \frac{n}{t}$.

Phương án dùng ống cộng hưởng: đặt một âm thoa đang dao động gần miệng ống thủy tinh chứa nước, thay đổi mực nước trong ống. Khi cột không khí trong ống có độ dài thích hợp, âm nghe to rõ nhất (cộng hưởng). Đo chiều dài cột khí khi cộng hưởng, kết hợp với điều kiện cộng hưởng của ống một đầu kín để tính bước sóng, rồi tính tần số khi biết tốc độ truyền âm.

Khi thực hành cần chú ý: đặt âm thoa gần micrô hoặc miệng ống, tránh tiếng ồn xung quanh, đọc kết quả cẩn thận và lặp lại phép đo vài lần để lấy giá trị trung bình, giảm sai số ngẫu nhiên.

2. Ví dụ minh họa

Trên màn hình dao động kí, 5 chu kì sóng âm chiếm 10 ô ngang, mỗi ô tương ứng $0,2$ ms. Tính tần số của sóng âm.

Lời giải: Thời gian của 5 chu kì: $t = 10 \cdot 0,2 = 2$ ms. Chu kì sóng: $T = \frac{t}{5} = \frac{2}{5} = 0,4$ ms $= 4 \cdot 10^{-4}$ s. Tần số: $f = \frac{1}{T} = \frac{1}{4 \cdot 10^{-4}} = 2500$ Hz.

3. Ghi nhớ

• Dao động kí hiển thị dạng sóng âm; đo thời gian của $n$ chu kì rồi tính $f = \frac{n}{t}$.
• Ống cộng hưởng: âm to rõ nhất khi cột khí thỏa mãn điều kiện cộng hưởng.
• Lặp lại phép đo và lấy trung bình để giảm sai số.