Các bài viết về công thức định nghĩa và các loại sóng cơ học
ĐỊNH NGHĨA SÓNG CƠ HỌC
Nếu bạn giữ một đầu dây và rung nó lên xuống, một làn sóng sẽ xuất hiện và lan truyền dọc theo dây. Hoặc nếu bạn thả một hòn đá xuống nước, sóng sẽ xuất hiện trên mặt nước. Dây và nước chỉ dao động lên xuống, chứ không chuyển động theo chiều ngang. Sóng trên dây và sóng trong nước là những ví dụ về sóng cơ học.
Sóng cơ học là sóng truyền qua một môi trường. Ví dụ về sóng cơ học là sóng trên dây thừng, sóng trong nước, sóng âm lan truyền trong môi trường không khí và sóng địa chấn lan truyền trong môi trường đất. Sóng có thể truyền đi quãng đường dài khi môi trường mà sóng dao động đang ở gần điểm cân bằng.
CÁC LOẠI SÓNG CƠ HỌC
Dựa trên hình dạng, sóng cơ học được chia thành hai loại, đó là sóng ngang và sóng dọc.
Sóng ngang là loại sóng xảy ra khi hướng chuyển động của sóng vuông góc với hướng chuyển động của hạt. Ví dụ: sóng trên dây thừng, sóng trên mặt nước.
Nếu sóng trong dây chuyển động theo phương ngang, các hạt trong dây sẽ chuyển động theo phương thẳng đứng. Tương tự, nếu sóng nước chuyển động theo phương ngang, các hạt nước sẽ chuyển động theo phương thẳng đứng.
Sóng dọc là loại sóng xảy ra khi hướng chuyển động của sóng song song với hướng chuyển động của hạt. Ví dụ, sóng trong lò xo và sóng âm trong không khí.
Nếu sóng trên lò xo chuyển động theo phương ngang, thì mật độ và biến dạng hình thành trong lò xo cũng chuyển động qua lại theo phương ngang.
Tương tự, nếu sóng âm truyền theo phương thẳng đứng, không khí sẽ co lại và giãn ra theo phương thẳng đứng.
Sóng địa chấn bao gồm sóng ngang (gọi là sóng trượt) và sóng dọc (gọi là sóng áp lực).
CÔNG THỨC SÓNG CƠ HỌC
Công thức sóng ngang
Có nhiều đại lượng được sử dụng để mô tả sóng, đó là Biên độ (A), Tần số (f), Chu kỳ (T) và Tốc độ sóng (v).
Biên độ là độ lệch tối đa. Chu kỳ là khoảng thời gian giữa hai đỉnh/đáy sóng liên tiếp đi qua cùng một điểm trong không gian. Tần số là số đỉnh/đáy sóng đi qua cùng một điểm trên một đơn vị thời gian.
Sóng cơ học chuyển động với một vận tốc nhất định. Công thức tính vận tốc sóng là:
v = λ f = λ/T
v = tốc độ sóng, λ = bước sóng, f = tần số, T = chu kỳ.
Đơn vị quốc tế của bước sóng là mét, đơn vị của tần số là Hertz, và đơn vị của chu kỳ là giây. Đơn vị của vận tốc sóng là mét/giây.
Vấn đề mẫu:
Một sóng ngang trên dây có tần số 2 Hz (hai đỉnh sóng đi qua cùng một điểm trong không gian, trong 1 giây) và có bước sóng 3 mét (khoảng cách giữa hai đỉnh sóng gần nhất là 2 mét). Tốc độ sóng là bao nhiêu?
Đã biết:
Tần số (f) = 2 Hz
Bước sóng (λ) = 3 mét
Cần tìm: Tốc độ (v)
Giải pháp:
v = λ f = 3 (2) = 6 m/s
Tốc độ của sóng ngang trong một môi trường phụ thuộc vào bản chất của môi trường mà nó truyền qua. Ví dụ, tốc độ sóng trên một sợi dây (dây thừng, dây bện, dây thép) phụ thuộc vào lực căng của dây (FT) và mật độ khối lượng của dây (khối lượng của dây trên một đơn vị chiều dài).
Vấn đề mẫu:
Một sóng có bước sóng 1 mét lan truyền trên một sợi dây dài 100 mét và có khối lượng 2 kg. Lực căng dây là 200 N. Tốc độ của sóng trong dây là bao nhiêu?
Đã biết:
Bước sóng (λ) = 1 mét
Chiều dài của sợi dây (L) = 100 mét
Khối lượng của sợi dây (m) = 2 kg
Lực căng trong dây (T) = 200 N
Cần tìm: Vận tốc của sóng trên dây (v)
Giải pháp:
Công thức của sóng dọc
Tốc độ của sóng dọc trong một môi trường phụ thuộc vào bản chất của môi trường mà nó truyền qua. Vận tốc của sóng dọc lan truyền trên các thanh rắn được tính bằng công thức:
v = vận tốc sóng, E = mô đun đàn hồi Young, ρ = mật độ
Vấn đề mẫu:
Tính tốc độ của sóng âm truyền dọc theo thanh ray thép. Mô đun đàn hồi của thép Young = 2 x 10¹¹ N/m² và khối lượng riêng của thép = 7.8 x 10³ kg / m³
Đã biết:
Môđun đàn hồi của thép (E) = 2 x 10¹¹ N/ m²
Mật độ thép (ρ) = 7.8 x 10³ kg / m³
Cần tìm: Tốc độ của sóng âm
Giải pháp:
Tốc độ của sóng dọc lan truyền trong chất lỏng và chất khí được tính bằng công thức: v = vận tốc sóng, B = mô đun đàn hồi khối, ρ = mật độ.
Vấn đề mẫu:
Tốc độ của sóng dọc khi truyền qua nước là bao nhiêu?
Mô đun đàn hồi của nước khối (B) = 2 x 10⁹ N / m²
Khối lượng riêng của nước (ρ) = 1000 kg/ m³
Giải pháp:
Tốc độ sóng dọc khi lan truyền trong nước:
