1. Khái niệm và đặc điểm của sóng cơ

1.1 Khái niệm sóng cơ

Là những dao động có khả năng lan truyền trong môi trường vật chất (rắn – lỏng – khí).

- Sóng cơ có những đặc điểm cơ bản dưới đây:

• Trong quá trình truyền sóng, cả pha sóng và năng lượng dao động cũng được truyền theo.
• Khi sóng cơ truyền đi chỉ có pha dao động của các phần tử vật chất lan truyền còn các phần tử vật chất trên phương truyền của sóng cơ chỉ dao động tại vị trí cân bằng của nó.
• Chân không là môi trường sóng cơ không thể truyền được.
• Sóng ngang là sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng. Ví dụ: sóng trên mặt nước, sóng trên sợi dây cao su.

• Sóng dọc là sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương  trùng với phương truyền sóng. Ví dụ: sóng âm, sóng trên một lò xo.

• Sóng mặt là sóng lan truyền trên bề mặt tiếp giáp giữa các pha của vật chất là rắn-không khí, nước-không khí, và rắn-lỏng. VD: sóng trên mặt nước là tiếp giáp giữa nước và không khí

1.2 Đặc trưng của sóng cơ hình sin

Trong môi trường truyền được sóng (rắn, lỏng, khí), khi sóng truyền qua một phần tử vật chất thì biên độ của sóng hình sin lúc này sẽ được kí hiệu là A và biên độ này cũng là biên độ dao động của phần tử vật chất.

Biên độ của sóng A: là biên độ dao động của một phần tử của môi trường có sóng truyền qua.

Chu kỳ sóng T: là chu kỳ dao động của một phần tử của môi trường sóng truyền qua.

Tần số f: là đại lượng nghịch đảo của chu kỳ sóng : f = 1/T

Tốc độ truyền sóng v: là tốc độ lan truyền  dao động trong môi trường. v sẽ phụ thuộc vào môi trường và nhiệt độ, nhiệt độ càng cao thì v càng nhanh, v rắn > v lỏng > v khí.

Bước sóng λ: là quảng đường mà sóng  truyền được trong một chu kỳ.   λ = v.T = v/f

• Bước sóng λ cũng là khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng dao động cùng pha.
• Khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng mà dao động ngược pha là λ/2
• Khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng mà dao động vuông pha là λ/4
• Khoảng cách giữa hai điểm bất kỳ trên phương truyền sóng mà dao động cùng pha là:  kλ.
• Khoảng cách giữa hai điểm bất kỳ  trên phương  truyền sóng mà dao động ngược pha là: (2k+1)λ/2

1.3 Phân loại các dạng sóng cơ

Có 2 loại sóng cơ đó là sóng dọc và sóng ngang.

• Sóng dọc: các phần tử vật chất khi dao động trong môi trường sẽ có phương dao động trùng với phương truyền sóng. (VD: Sóng âm)
• Sóng ngang: các phần tử vật chất khi dao động trong môi trường sẽ có phương dao động tạo thành một góc 90 độ so với phương truyền sóng. (VD: sóng trên mặt nước)

2. Phương trình truyền sóng cơ tổng quát

- Ta tạo ra một dao động điều hòa tại điểm O, dao động này sẽ tạo thành sóng lan truyền với vận tốc v theo phương Ox. Trong trường hợp này, O sẽ được coi là nguồn sóng, và phương trình dao động sóng của nguồn lúc này sẽ là

uO =Ao.cos(ωt)

- Lấy điểm M cách điểm O một khoảng là x, điểm M có cùng phương truyền sóng với điểm O. Lúc này ta có:

• Công thức tính thời gian sóng truyền từ điểm O đến điểm M là:

∆t = x/v

• Vì sóng truyền đến M trễ hơn điểm O một khoảng thời gian là Δt, do đó, phương trình dao động tại điểm M lúc này sẽ là

  uM=AM.cosω(t- ∆t) (*)

uM=AM.cos(ωt - 2πx/Tv)

uM=AM.cos((ωt - 2πx/λ)

- Ta có một số nhận xét sau:

• Phương trình sẽ thay đổi phụ thuộc vào thời gian t và tọa độ x, điều này có nghĩa là với mỗi điểm M có một vị trí khác nhau tại một thời điểm khác nhau thì sẽ có phương trình sóng (li độ) khác nhau. Và ta gọi phương trình (*) là phương trình truyền sóng.
• Từ đó, ta có phương trình sóng tổng quát dưới đây: 

uM=AM.cos((ωt - 2πx/λ) (Với t ≥ x/v)

- Chú ý: Đối với hiện tượng truyền sóng cơ trên sợi dây, khi sợi dây được kích thích tạo dao động bằng nam câm điện có tần số dòng điện là f thì tần số dao động của sợi dây lúc này sẽ là 2f.

Phương trình sóng tại điểm M cách O một đoạn x trên phương truyền sóng.

   * Sóng truyền theo chiều dương của trục Ox thì:

 uM = AMcos(ωt + φ - ωx/v) = AMcos(ωt + φ- 2πx/λ)  t ≥ x/v

   * Sóng truyền theo chiều âm của trục Ox thì:  

 uM = AMcos(ωt + φ + ωx/v) = AMcos(ωt +φ+ 2πx/λ)

-Tại một điểm M xác định trong môi trường sóng: x =const; uM là hàm điều hòa theo t với chu kỳ T.

-Tại một thời điểm  xác định t= const ; uM là hàm  biến thiên điều hòa theo không gian  x với chu kỳ λ.

Bên trên là tất cả những kiến thức cơ bản và quan trọng nhất liên quan đến sóng cơ mà người học nhất định phải nắm được. Vieclam123.vn hi vọng rằng với những kiến thức vật lí mà vieclam123.vn tổng hợp và chia sẻ, người học sẽ có được những kiến thức hữu ích nhất cho quá trình học môn vật lí. Ngoài ra, vieclam123.vn còn cung cấp và chia sẻ rất nhiều kiến thức và kinh nghiệm hữu ích của tất cả các môn học và lĩnh vực. Do đó, chúng tôi rất mong rằng, vieclam123.vn có thể trở thành địa chỉ đáng tin cậy của các bậc phụ huynh cũng như các bạn học sinh trên khắp cả nước.

>> Tham khảo thêm:

• Bí quyết giúp học sinh học giỏi môn Vật lý một cách nhanh chóng
• Sơ lược về công thức giải nhanh vật lý 11
• Tổng hợp công thức giải nhanh Vật lý 12 đầy đủ nhất