CHƯƠNG 7: CHUYỂN ĐỘNG SÓNG

Khi một phần tử trong môi trường vật chất dao động thì do tương tác, dao độngcó thể truyền sang các phần tử khác và cứ thế truyền đi khắp môi trường, tạo thànhsóng cơ. Trong chương này ta sẽ nghiên cứu những tính chất của sóng cơ và nhữnghiện tượng do sóng cơ gây ra, đặc biệt là các hiện tượng giao thoa và nhiễu xạ.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
CHƯƠNG 7: CHUYỂN ĐỘNG SÓNG CHƯƠNG 7 : CHUYỂN ÐỘNG SÓNG I. SÓNG VÀ CÁC ÐẶC TRƯNG CỦA SÓNG. 1. Sự hình thành sóng cơ trong môi trường vật chất. 2. Sóng ngang và sóng dọc. 3. Mặt sóng và mặt đầu sóng- Sóng cầu và sóng phẳng. 4. Các đặc trưng của sóng. II. HÀM SÓNG. III. NĂNG LƯỢNG CỦA SÓNG CƠ 1. Năng lượng của sóng. 2. Mật độ năng lượng sóng. 3. Năng thông sóng -Véctơ poynting-Ymob. IV. SỰ GIAO THOA SÓNG 1. Nguyên lý chồng chất sóng. 2. Khảo sát sự giao thoa. V. NGUYÊN LÝ HUYGENS VÀ HIỆN TƯỢNG NHIỄU XẠ SÓNG CƠ 1. Thí nghiệm. 2. Nguyên lý Huygens. 3. Cách vẽ mặt sóng. 4. Hiện tượng nhiễu xạ sóng cơVI. SÓNG ÐỨNG.VII. DAO ÐỘNG ÂM VÀ SÓNG ÂM 1. Khái niệm mở đầu. 2. Các đặc điểm của sóng âm. 3. Phản xạ và hấp thụ âm. 4. Siêu âm và các ứng dụng của nó trong kỹ thuật.VIII. HIỆU ỨNG DOPPLER. Khi một phần tử trong môi trường vật chất dao động thì do tương tác, dao động có thể truyền sang các phần tử khác và cứ thế truyền đi khắp môi trường, tạo thành sóng cơ. Trong chương này ta sẽ nghiên cứu những tính chất của sóng cơ và những hiện tượng do sóng cơ gây ra, đặc biệt là các hiện tượng giao thoa và nhiễu xạ.I. SÓNG VÀ CÁC ÐẶC TRƯNG CỦA SÓNG 1. Sự hình thành sóng cơ trong môi trường vật chất TOP Các môi trường vật chất đàn hồi (khí, lỏng hay rắn) coi như là những môi trường liên tục gồm các phần tử liên kết chặt chẽ với nhau. Lúc bình thường mỗi phần tử có vị trí cân bằng bền. Nếu tác dụng lực lên một phần tử A nào đó của môi trường thì phần tử này rời khỏi vị trí cân bằng bền. Do tương tác, các phần tử bên cạnh, một mặt kéo phần tử A về vị trí cân bằng, một mặt cũng chịu lực tác dụng và do đó cùng thực hiện dao động. Hiện tượng cứ tiếp tục xảy ra đối với các phần tử khác của môi trường. Những dao động cơ lan truyền trong môi trường đàn hồi được gọi là sóng cơ. Ðiểm khác nhau quan trọng giữa các sóng cơ trong môi trường với bất kỳmột chuyển động có trật tự nào của một phần tử môi trường là ở chổ sự truyền sóngứng với những kích động nhỏ không kèm theo quá trình vận chuyển vật chất. Người ta gọi ngoại vật gây kích động là nguồn sóng, phương truyền sónglà tia sóng, không gian mà sóng truyền qua là trường sóng. 2. Sóng ngang và sóng dọc TOP Dựa vào cách truyền sóng, ta chia sóng cơ ra làm hai loại là sóng ngang vàsóng dọc. Sóng ngang là sóng mà phương dao động của các phần tử môi trường vuônggóc với tia sóng. Thí dụ: sóng truyền trên một sợi dây dài khi ta rung nhẹ một đầu(hình7.1a). Sóng ngang xuất hiện trong các môi trường có tính đàn hồi về hình dạng.Tính chất này chỉ có ở vật rắn. Sóng dọc là sóng mà phương dao động của các phần tử của môi trườngtrùng với tia sóng. Thí dụ: khi ta nén vài vòng của lò xo rồi bỏ tay ra (hình 7.1b). Hìnhảnh những đoạn này truyền dọc theo lò xo chính là sóng dọc. Sóng dọc xuất hiện trong các môi trường chịu biến dạng về thể tích. Dođó nó truyền được trong các vật chất rắn cũng như trong các môi trường lỏng và khí. Trường hợp ngoại lệ là các sóng mặt xuất hiện trên các mặt thoáng của chấtlỏnghoặc mặt phân cách những môi trường lỏng không trộn lẫn vào nhau. Trong trươnghợp này các phần tử của chất lỏng đồng thời thực hiện các dao động dọc và ngang, vẽnên những quỹ đạo êlip hay phức tạp hơn. 3. Mặt sóng và mặt đầu sóng. Sóng cầu và sóng phẳng TOP Quỹ tích những điểm trong môi trường sóng mà ở đó các dao động có cùnggiá trị pha được gọi là mặt sóng. Ứng với những giá trị pha khác nhau, ta có họ các mặtsóng khác nhau. Giới hạn giữa phần môi trường mà sóng đã truyền qua nhưng các phân tửmôi trường chưa dao động gọi là mặt đầu sóng. Dựa vào hình dạng mặt đầu sóngngười ta chia các sóng ra thành sóng cầu và sóng phẳng.sóng là những đường thẳng song song nhau và thẳng góc với các mặt sóng (hình7.2b) 4. Các đặc trưng của sóng TOP a) Vận tốc sóng Vận tốc sóng là quảng đường mà sóng truyền được sau một đơn vị thời gian.Trong lý thuyết đàn hồi, người ta đã chứng minh được trong môi trường đẳng hướng,vận tốc sóng dọc bằng: b) Chu kỳ và tần số Chu kỳ T và tần số f của sóng là chu kỳ và tần số của các phần tử dao độngcủa môi trường. c) Bước sóngII. HÀM SÓNG TOP Ta xét độ dời x của một phần tử môi trường dao động do sóng lan truyềnđến theo một phương xác định y (hình 7.4). Giả sử tại điểm O (y = 0) của môi trườngđại lượng dao động x biến thiên theo thời gian với quy luật: Sóng đơn giản nhất là sóng phẳng đơn sắc. Ðó là sóng mà dao động tạimỗi điểm là dao động điều hoà, một đại lượng x bất kỳ trong biểu thức đó được xácđịnh theo biểu thức: Ðây chính là phương trình sóng đối với sóng truyền theo phương y. Nếu sóng truyền trong khắp không gian và toạ độ các điểm dao động được xácđịnh bằng ba trục X, Y, Z thì phương trình sóng có dạng tổng quát như sauIII. NĂNG LƯỢNG CỦA SÓNG CƠ TOP Khi một phần tử của môi trường bị kích động, nó nhận được năng lượng từnguồn sóng. Dao động được truyền đi tạo thành sóng. Ta hãy tìm biểu thức của nănglượng sóng. 1. Năng lượng của sóng TOP Có thể tìm thấy biểu thức (7.14) theo cách sau: 2. Mật độ năng lượng sóng TOP 3. Năng thông sóng. Véctơ Poynting-Ymob TOP Năng thông sóng P qua một mặt nào đó trong môi ...