Bài 8: Mô tả sóng

1. Kiến thức trọng tâm

Sóng là sự lan truyền dao động trong môi trường. Khi sóng truyền đi, các phần tử của môi trường chỉ dao động quanh vị trí cân bằng của chúng, còn dao động và năng lượng được lan truyền, còn vật chất không truyền theo sóng.

Các đại lượng đặc trưng của sóng:

• Biên độ sóng $A$: biên độ dao động của một phần tử môi trường khi sóng truyền qua.
• Chu kì $T$ và tần số $f$: chu kì, tần số dao động của các phần tử môi trường, bằng chu kì, tần số của nguồn sóng.
• Bước sóng $\lambda$: khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất dao động cùng pha trên cùng một phương truyền sóng, $\lambda = vT = \frac{v}{f}$.
• Tốc độ truyền sóng $v$: tốc độ lan truyền dao động, phụ thuộc vào bản chất môi trường và nhiệt độ.

Phương trình sóng tại điểm $M$ cách nguồn $O$ một khoảng $d$: $u_M = A\cos(\omega t - \frac{2\pi d}{\lambda})$ (nếu nguồn có phương trình $u_O = A\cos\omega t$). Sóng tại $M$ chậm pha hơn sóng tại nguồn một lượng $\frac{2\pi d}{\lambda}$.

Độ lệch pha giữa hai điểm $M$, $N$ cách nhau $d$ trên cùng phương truyền sóng: $\Delta\varphi = \frac{2\pi d}{\lambda}$. Hai điểm dao động cùng pha khi $d = k\lambda$, ngược pha khi $d = (k + \frac{1}{2})\lambda$ với $k$ nguyên.

2. Ví dụ minh họa

Một sóng truyền trên sợi dây với tốc độ $12$ m/s và tần số $6$ Hz. Tính bước sóng và độ lệch pha giữa hai điểm cách nhau $1,5$ m trên dây.

Lời giải:

• Bước sóng: $\lambda = \frac{v}{f} = \frac{12}{6} = 2$ m.
• Độ lệch pha: $\Delta\varphi = \frac{2\pi d}{\lambda} = \frac{2\pi \cdot 1,5}{2} = 1,5\pi$ rad. Hai điểm dao động vuông pha với nhau.

3. Ghi nhớ

• Sóng lan truyền dao động và năng lượng, không lan truyền vật chất.
• $\lambda = vT = \frac{v}{f}$; phương trình sóng tại $M$: $u_M = A\cos(\omega t - \frac{2\pi d}{\lambda})$.
• Cùng pha khi $d = k\lambda$; ngược pha khi $d = (k + \frac{1}{2})\lambda$.