Bài giảng Dao động và Sóng (Phần 10)

)Chương 4 Sóng phản xạ Lời nói là cái tách biệt dứt khoát nhất đưa con người ra khỏi giới động vật. Không có loài nào khác có khả năng làm chủ cú pháp, và mặc dù tinh tinh có khả năng học từ vựng của dấu hiệu tay, nhưng có một sự khác biệt không thể nhầm lẫn giữa một đứa trẻ và một con vật con: bắt đầu từ khi sinh ra, con người đã trải nghiệm với sự sản sinh của những âm nói phức tạp. ...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Dao động và Sóng (Phần 10) Bài giảng Dao động và Sóng (Phần 10) Chương 4 Sóng phản xạ Lời nói là cái tách biệt dứt khoát nhất đưa con người ra khỏi giới động vật.Không có loài nào khác có khả năng làm chủ cú pháp, và mặc dù tinh tinh có khảnăng học từ vựng của dấu hiệu tay, nhưng có một sự khác biệt không thể nhầm lẫngiữa một đứa trẻ và một con vật con: bắt đầu từ khi sinh ra, con người đã trảinghiệm với sự sản sinh của những âm nói phức tạp. Vì âm thanh giọng nói là theo bản năng đối với chúng ta, nên chúng ta hiếmkhi nghĩ về chúng một cách có ý thức. Làm thế nào chúng ta điều khiển các sóngâm tài tình như thế ? Đa số chúng ta thực hiện điều đó bằng cách thay đổi hìnhdạng của một bộ máy gắn kết của những hộp rỗng trong ngực, cổ họng, và đầu củachúng ta. Không rõ vì sao, bằng cách di chuyển ranh giới của không gian này vào vàra, chúng ta có thể tạo ra mọi âm thanh nguyên âm. Tính cho đến lúc này, chúng tavẫn chỉ đang nghiên cứu những tính chất của sóng có thể hiểu như thể chúng tồntại trong một không gian mở, vô hạn. Trong chương này, chúng ta bàn về cái xảy rakhi một sóng bị giới hạn trong một không gian nhất định, hay khi một dạng sóngchạm phải ranh giới giữa hai môi trường khác nhau, như khi sóng ánh sáng chuyểnđộng qua không khí chạm phải một ô cửa sổ bằng thủy tinh. a/ Một người mò ngọc trai đã chụp ảnh con cá này, và ảnh phản xạ của nó, từdưới nước. Ảnh phản xạ nằm ở phía trên, và được hình thành bởi sóng ánh sáng đilên bề mặt nước, nhưng sau đó bị phản xạ trở lại vào trong nước. 4.1 Sự phản xạ, truyền và hấp thụ sóng Sự phản xạ và truyền sóng Sóng âm có thể vọng trở lại từ một vách đá, và sóng ánh sáng bị phản xạ khỏibề mặt của một hồ nước. Chúng ta sử dụng từ phản xạ, thường chỉ áp dụng chosóng ánh sáng trong ngôn ngữ hàng ngày, để mô tả bất kì trường hợp nào như thếcủa một sóng nảy trở lại từ một rào cản. Hình b cho thấy một sóng tròn đang bịphản xạ khỏi một bức tường thẳng đứng. Trong chương này, chúng ta sẽ tập trungchủ yếu vào sự phản xạ của sóng chuyển động trong không gian một chiều, nhưtrong hình c. Sự phản xạ sóng không có gì bất ngờ với chúng ta. Sau hết thảy, một đốitượng vật chất như một quả bóng cao su sẽ nảy trở lại theo kiểu giống hệt. Nhưngsóng không phải là những vật thể, và có một số bất ngờ đang chờ chúng ta. Trước hết, chỉ một phần của sóng thường bị phản xạ. Hãy nhìn ra cửa sổ,chúng ta thấy sóng ánh sáng đi qua nó, nhưng một người đứng bên ngoài cũng sẽcó thể thấy ảnh phản xạ của cô ta ở trong kính. Sóng ánh sáng chạm tới thủy tinhmột phần bị phản xạ và một phần truyền qua (đi qua) thủy tinh. Năng lượng củasóng ban đầu bị tách thành hai phần. Điều này khác với hành trạng của một quảbóng cao su, nó phải đi theo chiều này hoặc chiều kia, chứ không thể cả hai. Thứ hai, xét cái bạn nhìn thấy khi bạn đang bơi dưới nước và bạn nhìn trởlên mặt nước. Bạn thấy ảnh phản xạ riêng của mình. Điều này hoàn toàn phản trựcgiác, vì chúng ta trông đợi sóng ánh sáng bật về phía trước để tự do trong khôngkhí rộng mở bên trên. Một viên đạn bắn hướng lên mặt nước sẽ không bao giờ bậttrở lại khỏi ranh giới nước-không khí! Hình a cho thấy một thí dụ tương tự. Đâu là sự khác biệt giữa hai môi trường gây ra sóng một phần phản xạ tạiranh giới giữa chúng ? Có phải mật độ của chúng ? Hay thành phần hóa học củachúng ? Cuối cùng thì tất cả vấn đề là tốc độ của sóng trong hai môi trường. Sóngmột phần bị phản xạ và một phần truyền qua ranh giới giữa các môi trường trongđó nó có tốc độ khác nhau. Chẳng hạn, tốc độ của sóng ánh sáng trong cửa kính nhỏhơn trong không khí khoảng 30%, giải thích tại sao cửa sổ luôn luôn gây ra sựphản xạ. Hình d/1 và 2 cho thấy ví dụ của những xung sóng bị phản xạ tại ranh giớigiữa hai lò xo cuộn có trọng lượng khác nhau, trong đó tốc độ sóng khác nhau. Những sự phản xạ như b và c, trong đó một sóng gặp phải một vật nặng cốđịnh, thường có thể hiểu về cơ sở là giống như các trường hợp d/1 và 2 trong phầnsau của nó, nơi hai môi trường gặp nhau. Ví dụ c, chẳng hạn, giống như một phiênbản cực đoan hơn của ví dụ d/1. Nếu như cuộn lò xo nặng trong d/1 được chế tạonặng hơn nữa, thì nó sẽ đi đến tác dụng giống như một bức tường cố định mà lò xonhẹ trong hình c gắn vào đó. Trong hình c, xung phản xạ bị lộn ngược xuống dưới, nhưng chiều sâu của nóbằng với chiều cao của xung ban đầu. Hỏi năng lượng của xung phản xạ so sánhnhư thế nào với năng lượng của xung ban đầu ? Ví dụ 1. Cá có tai nghe bên trong Tại sao loài cá không có lỗ tai ? Tốc độ của sóng âm trong cơ thể cá khôngkhác biệt nhiều với tốc độ của chúng trong nước, nên sóng âm không bị phản xạmạnh khỏi lớp da của cá. Chúng truyền thẳng qua cơ thể của nó, cho nên loài cá cóthể có tai nghe bên trong. Ví dụ 2. Tiếng hát ...