Mô tả sóng

I. Giải thích sự tạo thành sóng

Hình 1. Sự truyền sóng trên mặt nước

Xét sự truyền sóng trên mặt nước, các phần tử nước sát nguồn O dao động theo phương thẳng đứng. Nhờ có lực liên kết giữa các phần tử nước mà các phần tử nước ở điểm M lân cận điểm O dao động theo, rồi đến lượt các phần tử nước ở điểm N lân cận điểm M dao động. Như vậy có sự truyền dao động từ điểm này sang điểm khác tạo nên sóng mặt nước.

Hai nguyên nhân tạo nên sóng truyền trong một môi trường là:

• Nguồn dao động từ bên ngoài tác dụng lên môi trường tại điểm O.
• Lực liên kết giữa các phần tử của môi trường.

Các phần tử môi trường chỉ dao động trong một phạm vi rất hẹp, trong khi sóng truyền đi rất xa.

Lưu ý: Tốc độ truyền sóng chỉ phụ thuộc vào tính chất của môi trường truyền sóng, không phụ thuộc vào tần số dao động của nguồn hay của các phần tử của môi trường có sóng truyền qua.

Sự lệch pha của các phần tử môi trường trên phương truyền sóng

Xét sóng mặt nước hình sin lan truyền từ nguồn O theo phương Ox (Hình 1).

Hình 2. Mô tả sự truyền sóng

Tại thời điểm \(t=0\), phần tử nước tại O bắt đầu đi lên, còn các điểm khác chưa dao động.

Tại \(t=\dfrac{T}{4}\), phần tử nước tại O đi lên đến vị trí biên, trong khi đó sóng truyền đến M cách O một đoạn \(d=\text{v}.\dfrac{T}{4}=\dfrac{\lambda}{4}\). Phần tử nước tại M trễ pha hơn phần tử nước tại O là \(\dfrac{\pi}{2}\) (Hình 2a).

Tại \(t=\dfrac{T}{2}\), phần tử nước tại O về đến vị trí cân bằng, phần tử nước tại M đi lên đến vị trí biên, còn sóng lan đến điểm N cách O một khoảng bằng \(d=v.\dfrac{T}{2}\). Điểm N trễ pha hơn điểm M là \(\dfrac{\pi}{2}\), hay trễ pha hơn phần tử nước tại O là \(\pi\) (Hình 2b).

Tại \(t=\dfrac{3T}{4}\), \(t=T\), hình dạng của sóng được chỉ trên Hình 2 c, d.

II. Các đại lượng đặc trưng của sóng

Hình 3. Đồ thị li độ - khoảng cách và các đại lượng đặc trưng của sóng

1. Biên độ sóng

Li độ của một phần tử sóng so với vị trí cân bằng là khoảng cách từ phần tử sóng đó đến vị trí cân bằng.

Biên độ sóng là độ lệch lớn nhất của phần tử sóng khỏi vị trí cân bằng. Kí hiệu: \(A\), đơn vị: mét (m).

Sóng có biên độ càng lớn thì phần tử sóng dao động càng mạnh.

2. Tần số và chu kì sóng

Chu kì sóng chính bằng chu kì dao động của phần tử sóng. Kí hiệu: $T$, đơn vị: giây (s).

Tần số sóng là số dao động mà mỗi phần tử sóng thực hiện trong một đơn vị thời gian. Kí hiệu: $f$, đơn vị: Hz.

Tần số của một sóng liên hệ với chu kì sóng theo công thức:

\(f=\dfrac{1}{T}\)

3. Bước sóng

Bước sóng là khoảng cách từ một phần tử môi trường bất kì trên phương truyền sóng đến phần tử gần nhất có trạng thái dao động hoàn toàn tương tự.

Bước sóng chính là quãng đường mà sóng truyền đi trong một chu kì.

Bước sóng được kí hiệu là \(\lambda\), đơn vị là mét (m).

4. Tốc độ sóng

Tốc độ lan truyền năng lượng của sóng trong không gian gọi là tốc độ của sóng, kí hiệu $v$. Đây cũng là tốc độ lan truyền dao động trong môi trường.

Đơn vị: m/s.

Giữa các đại lượng \(v,\lambda,T\) hay \(f\) có mối liên hệ sau:

\(\lambda=vT=\dfrac{v}{f}\)

5. Cường độ sóng

Cường độ sóng là năng lượng sóng được truyền qua một đơn vị diện tích vuông góc với phương truyền sóng trong một đơn vị thời gian. Đơn vị cường độ sóng là W/m².

1. Sóng cơ là những biến dạng cơ lan truyền trong một môi trường đàn hồi.

2. Biên độ sóng $A$ là độ cao hay độ sâu của một ngọn sóng so với mức cân bằng. Biên độ sóng bằng biên độ dao động của nguồn sóng.

3. Chu kì $T$ của sóng là khoảng thời gian để hai ngọn sóng liên tiếp chạy qua một điểm đang xét. Chu kì của sóng bằng chu kì sao động của nguồn sóng.

4. Tần số $f$ của sóng là số các ngọn sóng đi qua một điểm đang xét trong một đơn vị thời gian. Tần số sóng bằng tần số dao động của nguồn sóng.

5. Tốc độ truyền sóng $v$ là tốc độ lan truyền biến dạng.

6. Bước sóng $\lambda$ là khoảng cách giữa hai ngọn sóng liên tiếp. Bước sóng bằng quãng đường mà sóng truyền được trong một chu kì.

\(\lambda=vT=\dfrac{v}{f}\)

7. Sự lệch pha giữa các phần tử dao động trên phương truyền sóng tạo nên hình ảnh của sóng.