Lý thuyết sóng cơ và sự truyền sóng cơ hay đầy đủ nhất – 3 dạng bài hay gặp

Ngọc Quốc Tháng Năm 14, 2021

Sóng cơ và sự truyền sóng cơ, đặc trưng của sóng hình sin, phương trình sóng đối với các điểm và khoảng cách giữa 2 điểm trên sóng. 3 dạng bài thường gặp nhất

Bài viết hôm nay, HocThatGioi sẽ cùng các bạn tìm hiểu về Lý thuyết sóng cơ và sự truyền sóng cơ hay đầy đủ nhất. Vậy sóng cơ là gì? Sự truyền sóng cơ có gì đặc biệt ? Thế nào là sóng hình sin, các đặc trưng của sóng hình sin? Phương trình sóng được viết thế nào? Sau bài viết này, các bạn sẽ trả lời được tất cả các câu hỏi trên dễ dàng. Thế thì còn chờ gì nữa mà không cùng HocThatGioi bắt đầu bài học ngay nào!

1. Sóng cơ và sự truyền sóng cơ

1.1 Định nghĩa sóng cơ

Sóng cơ là dao động cơ lan truyền trong môi trường vật chất.

Khi sóng cơ truyền đi chỉ có pha dao động của các phần tử vật chất lan truyền còn các phần tử vật chất thì dao động xung quanh vị trí cân bằng cố định.

1.2 Phân loại sóng cơ

Sóng cơ gồm có 2 loại: sóng ngang và sóng dọc

Sóng ngang: Sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng. Sóng ngang chỉ truyền được trên mặt nước và trong chất rắn.
Sóng dọc: Sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương trùng với phương truyền sóng. Sóng dọc truyền được cả trong chất khí, chất lỏng và chất rắn.

Lưu ý: Sóng cơ không truyền được trong môi trường chân không.

2. Các đặc trưng của một sóng hình sin

Lý thuyết sóng cơ và sự truyền sóng cơ hay đầy đủ nhất - 3 dạng bài hay gặp 4 — sóng hình sin

Các đặc trưng của sóng hình sin

Biên độ sóng $(A)$ : Biên độ dao động của một phần tử của môi trường có sóng truyền qua.
Chu kỳ sóng $(T)$ : Chu kỳ dao động của một phần tử của môi trường mà sóng truyền qua.
Tần số $(f)$ : Nghịch đảo của chu kì sóng.
Tốc độ truyền sóng $(v)$ : Tốc độ lan truyền dao động trong môi trường. Tốc độ truyền sóng cơ phụ thuộc vào môi trường: v rắn>v lỏng>v khí.
Năng lượng sóng: là năng lượng dao động của các phần tử môi trường có sóng truyền qua.
Bước sóng $λ$ : Quãng đường sóng truyền được trong một chu kỳ, cũng là khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng dao động cùng pha.

Các bước sóng đặc biệt

Khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng mà dao động ngược pha là $\frac{λ}{2}$ .
Khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng mà dao động vuông pha là $\frac{λ}{4}$ .
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: $(2k+1)\frac{λ}{2}$ .

Lưu ý: Giữa $n$ đỉnh (ngọn) sóng có $(n - 1)$ bước sóng.

Lý thuyết sóng cơ và sự truyền sóng cơ hay đầy đủ nhất - 3 dạng bài hay gặp 5

Khi truyền sóng cơ, chỉ có pha dao động được truyền đi còn các phần tử của môi trường không truyền đi mà chỉ dao động quanh vị trí cân bằng.

3. Phương trình sóng cơ

3.1 Phương trình sóng tại nguồn O

$u_0 =A_0cos(ωt)$ ;

3.2 Phương trình sóng tại M trên phương truyền sóng

$u_M=A_Mcosω(t- ∆t)$ ;

Lý thuyết sóng cơ và sự truyền sóng cơ hay đầy đủ nhất - 3 dạng bài hay gặp 6

Nếu bỏ qua mất mát năng lượng trong quá trình truyền sóng thì biên độ sóng tại $O$ và $M$ bằng nhau: $A_0 = A _M= A$ .

Thì: $u_M=Acosω(t - \frac{x}{v}) =Acos 2π( \frac{t}{T}−\frac{x}{λ})$ Với $t \geq x/v$

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

Sóng truyền theo chiều dương của trục $Ox$ thì:

$u_M = A_Mcos(ωt + φ - ω \frac{x}{v}) = A_Mcos(ωt + φ- \frac{2πx}{λ}) (t ≥ \frac{x}{v})$ ;

Sóng truyền theo chiều âm của trục $Ox$ thì:

$u_M = A_Mcos(ωt + φ + ω \frac{x}{v}) = A_Mcos(ωt + φ + \frac{2πx}{λ})$ ;

Tại một điểm M xác định trong môi trường sóng: $x =const$ ; $u_M$ là hàm điều hòa theo $t$ với chu kỳ $T$ .
Tại một thời điểm xác định $t= const$ ; $u_M$ là hàm biến thiên điều hòa theo không gian $x$ với chu kỳ $λ$ .

4. Độ lệch pha giữa hai điểm cách nguồn một khoảng $x_M,x_N$

$Δφ_{MN}=ω \frac{x_N−x_M}{v}=2π \frac{x_N−x_M}{λ}$ ;

Nếu 2 điểm $M$ và $N$ dao động cùng pha thì: $Δφ_{MN}=2kπ⇔2π \frac{x_N−x_M}{λ}=2kπ⇔x_N−x_M=kλ(k∈Z)$ ;
Nếu 2 điểm $M$ và $N$ dao động ngược pha thì: $Δφ_{MN}=(2k+1)π⇔2π \frac{xN−xM}{λ}=(2k+1)π$ ; $⇔x_N−x_M=(2k+1)\frac{λ}{2}(k∈Z)$ ;
Nếu 2 điểm $M$ và $N$ dao động vuông pha thì: $Δφ_{MN}=(2k+1)\frac{π}{2}⇔2π \frac{x_N−x_M}{λ}=(2k+1)\frac{π}{2}$ ; $⇔x_N−x_M=(2k+1)\frac{λ}{4}(k∈Z)$ ;
Nếu 2 điểm M và N nằm trên một phương truyền sóng và cách nhau một khoảng x thì: $Δφ=\frac{ωx}{v}=2π\frac{x}{λ}$ ;

Vậy 2 điểm M và N trên phương truyền sóng sẽ:

Dao động cùng pha khi: $d = kλ$ ;
Dao động ngược pha khi: $d = (2k + 1)\frac{λ}{2}$
Dao động vuông pha khi: d = (2k + 1)\frac{λ}{4}

Với $k = 0, \pm1, \pm2 ...$

Lưu ý: Đơn vị của x, x₁, x₂, d, l và v phải tương ứng với nhau.

Chú ý: Trong hiện tượng truyền sóng trên sợi dây, dây được kích thích dao động bởi nam châm điện với tần số dòng điện là f thì tần số dao động của dây là 2f.

5. Các dạng bài về sóng cơ

Dạng 1: Xác định các đại lượng đặc trưng của sóng
Dạng 2: Khoảng cách giữa 2 phần tử trên phương truyền sóng
Dạng 3: Viết phương trình sóng

Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết của HocThatGioi về Lý thuyết sóng cơ và sự truyền sóng cơ hay đầy đủ nhất – 3 dạng bài hay gặp. Nếu các bạn thấy hay và bổ ích, hãy chia sẻ cho bạn bè của mình để cùng nhau học thật giỏi nhá. Đừng quên để lại 1 like, 1 cmt để tạo động lực cho HocThatGioi và giúp HocThatGioi ngày càng phát triển hơn nhé! Chúc các bạn học thật tốt!