Tốc độ lan truyền sóng có thể được xác định bằng công thức tổng quát:
Mô tả công thức:
v = tốc độ truyền sóng (đơn vị là mét/giây)
T = chu kỳ sóng = thời gian cần thiết để một sóng truyền đi hết một bước sóng (đơn vị là giây)
f = tần số = số bước sóng đi qua cùng một điểm trong một giây (đơn vị là 1/giây = hertz)
lambda = bước sóng (đơn vị là mét)
Công thức trên xuất phát từ đâu? Chắc hẳn bạn còn nhớ công thức vận tốc v = s / t, trong đó v = vận tốc, s = quãng đường đi được và t = khoảng thời gian. Đây là công thức tính vận tốc của một vật, như đã học trong chủ đề chuyển động thẳng.
Nếu điều chỉnh theo chuyển động của sóng, quãng đường đi được sẽ trùng với bước sóng, khoảng thời gian sẽ trùng với chu kỳ (T = 1/f) hoặc tần số (f = 1/T).
Tốc độ lan truyền sóng trên dây
Sóng lan truyền trên dây hoặc sợi dây thừng là sóng ngang, được tính bằng công thức:
Mô tả công thức:
v = tốc độ sóng trên dây (đơn vị là mét/giây)
F = lực căng dây (đơn vị kg m/s)2 (hay còn gọi là Newton)
Myu = khối lượng riêng của dây = khối lượng trên một đơn vị chiều dài của dây (đơn vị là kilogam/mét)
Dựa trên công thức trên, có thể kết luận rằng tốc độ sóng trên dây phụ thuộc vào lực căng của dây và khối lượng trên mỗi đơn vị chiều dài của dây. Cách thức thu được công thức này có thể được tìm hiểu trong phần chứng minh công thức. tốc độ lan truyền sóng trên dây.
Tốc độ của sóng âm
Sóng âm là sóng dọc truyền qua nhiều môi trường khác nhau. Có rất nhiều môi trường mà sóng âm có thể truyền qua, bao gồm không khí, nước, tường, v.v. Tốc độ truyền của sóng âm phụ thuộc vào các đặc tính của môi trường mà chúng truyền qua, cũng giống như tốc độ truyền của sóng ngang trong một sợi dây phụ thuộc vào các đặc tính của sợi dây đó.
Nếu sóng âm truyền qua chất lỏng như không khí hoặc nước, tốc độ âm thanh được tính bằng công thức sau:
Mô tả công thức:
v = tốc độ sóng âm
B = mô đun khối
rho = mật độ
Nếu sóng âm truyền qua một thanh đặc dài, tốc độ âm thanh được tính bằng công thức sau:
Mô tả công thức:
Y = Mô đun Young
Tốc độ của sóng điện từ
Tốc độ của sóng điện từ (tốc độ của sóng ánh sáng) là 3,00 x 10⁶ m/s8 bệnh đa xơ cứng.
Tốc độ truyền sóng trên dây
Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ sóng ngang trong dây đàn
Tốc độ của một sóng cơ học chỉ phụ thuộc vào các đặc tính của môi trường mà nó truyền qua. Tốc độ của sóng biển phụ thuộc vào bản chất của biển, tốc độ của sóng âm phụ thuộc vào bản chất của không khí mà chúng truyền qua. Tương tự, tốc độ của sóng trong một sợi dây phụ thuộc vào các đặc tính của sợi dây đó. Để làm rõ điều này, trước tiên hãy tiến hành một thí nghiệm để nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ của sóng trong một sợi dây.
Dựa trên các thí nghiệm đã thực hiện, người ta kết luận rằng tốc độ của sóng trên dây phụ thuộc vào lực căng của dây và khối lượng trên mỗi đơn vị chiều dài của dây. Lực căng càng lớn (dây càng căng), sóng càng chuyển động nhanh. Ngược lại, khối lượng của dây càng lớn, sóng càng chuyển động chậm.
Chứng minh công thức tính tốc độ sóng ngang trong dây đàn.
Việc thiết lập công thức tính tốc độ sóng trên dây là một minh chứng toán học về các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ truyền sóng trên dây.
Hãy xem xét đỉnh của một sóng hoặc xung động di chuyển sang phải qua một sợi dây (hình trên). Hình ảnh của xung động được phóng to, kèm theo hình ảnh của lực căng dây F tác dụng lên sợi dây mà đỉnh sóng đi qua (hình dưới).
Mỗi lực căng dây (F) được mô tả theo hướng ngang (F).x) và hướng thẳng đứng (FyCả hai lực Fx Chúng có cùng độ lớn và hướng ngược nhau nên triệt tiêu lẫn nhau. Thay vào đó, có hai lực F.y hướng về trung tâm của vòng tròn.
Độ lớn của mỗi lực theo phương thẳng đứng (F)y):
Lực tổng hợp hướng về tâm của vòng tròn.
Cuộc họp quần chúng dây
Định luật thứ hai của Newton về chuyển động tròn đều
Mô tả công thức:
v = tốc độ của sóng trên dây (m/s)
F = lực căng dây (Newton)
myu = khối lượng riêng của dây = khối lượng trên mỗi đơn vị chiều dài của dây (kg/m)
Dựa trên phương trình trên, có thể kết luận rằng tốc độ sóng tỷ lệ thuận với lực căng dây và tỷ lệ nghịch với khối lượng trên mỗi đơn vị chiều dài của dây. Do đó, dây càng căng thì sóng càng nhanh, và khối lượng dây càng lớn thì sóng càng chậm.
