BÀI 1. MÔ TẢ SÓNG

KHỞI ĐỘNG

Câu hỏi: Ở bờ biển, ta thấy các con sông nối tiếp nhau xô vào bờ. Các con sóng lớn có thể lan truyền hàng trăm kilômét trên mặt biển trước khi đập vào bờ. Hình 1.1 mô tả các con sóng đến gần bờ sau quãng đường dài lan truyền trên mặt biển. Vậy sóng được tạo ra và lan truyền như thế nào?

Giải nhanh:

Sóng được tạo ra do sự lan truyền dao động cơ học trong một môi trường vật chất.

Ở ngoài khơi, dưới tác dụng của gió (vị trí bắt đầu tạm gọi là nguồn sóng), các điểm lân cận nguồn sóng sẽ dao động lên xuống theo nhờ có lực liên kết giữa các phần tử sóng. Cứ như vậy sóng được truyền đi xa.

I. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CỦA SÓNG 

Câu hỏi: Lấy một ví dụ về sóng.

Giải nhanh:

Sóng trên sợi dây dàn ghita khi người nghệ sỹ gẩy đàn.

1. Biên độ sóng 

Luyện tập 1: Xác định biên độ và bước sóng của sóng được mô tả trong đồ thị li độ u (cm) - khoảng cách x (cm) ở Hình 1.3.

Giải nhanh:

A = 6 cm

Ta thấy từ gốc x = 0 đến vị trí x = 56 có 7 khoảng, từ đó xác định được độ dài mỗi khoảng là 8 cm.

Bước sóng ứng với 8 khoảng nên λ = 64cm.

Câu hỏi 2: Chứng tỏ rằng từ định nghĩa về bước sóng, tốc độ sóng, tần số sóng, có thể rút ra công thức (1.2)

Giải nhanh:

Bước sóng là quãng đường sóng truyền đi trong một chu kì nên

Từ đó ta có công thức:

Đây chính là công thức tốc độ sóng dựa trên định nghĩa về bước sóng và tần số sóng.

Luyện tập 2: Xác định bước sóng của các sóng ở Bảng 1.1. Cho rằng tốc độ sóng trong mỗi môi trường là hằng số với một nhiệt độ và áp suất xác định.

Giải nhanh:

λ _{sóng nước trong bể khí}  = = 0,02 

λ sóng âm trong không khí  = = 18,75 đến 0,015

5. Cường độ sóng 

Câu hỏi 3: Lấy ví dụ chứng tỏ sóng truyền năng lượng

Giải nhanh:

Khi một người nói chuyện, cơ quan phát âm của họ tạo ra sóng âm, tạo ra các áp suất khác nhau trong không khí.

Luyện tập 3: Cường độ của một sóng sẽ bị suy giảm khi truyền đi trong không gian. Khi sóng lan truyền, biên độ sóng giảm dần. Biết rằng cường độ sóng tỉ lệ với bình phương của biên độ sóng. Tại vị trí mà biên độ sóng giảm còn một nửa so với nguồn phát thì cường độ sóng tại đó thay đổi như thế nào so với tại nguồn

Giải nhanh:

Cường độ sóng tại vị trí mà biên độ giảm còn một nửa so với nguồn

II. LIÊN HỆ GIỮA SÓNG VÀ DAO ĐỘNG CỦA ĐIỂM

Câu hỏi 4: Mô tả chuyển động của phần tử số 0 trên Hình 1.4 trong thời gian từ t = 0  t = T. Từ đó, chỉ ra mối liên hệ giữa khoảng thời gian T biểu diễn trong Hình 1.4 với chu kì dao động của phần tử số 0 và với chu kì sóng trên dây.

Giải nhanh:

Tại t = 0: phần tử số 0 đang ở VTCB, có hướng chuyển động về biên dương

Tại t=: phần tử số 0 đang ở biên dương, có xu hướng tiến về VCTB.

Tại t=: phần tử số 0 đang ở VTCB, có xu hướng tiến về biên âm.

Tại t=: phần tử số 0 đang ở biên âm, có xu hướng tiến về VTCB.

Tại t = T: phần tử số 0 đang ở VTCB, có trạng thái giống như ở thời điểm t = 0.

Câu hỏi 5: Hãy chỉ ra hướng chuyển động của phần tử số 6 ở thời điểm phần tử số 12 ở thời điểm , phần tử số 18 ở thời điểm và so sánh với hướng truyền sóng. Phân biệt phương dao động với phương truyền sóng. Từ đó, phân biệt tốc độ của phần tử môi trường đang dao động với tốc độ sóng.

Giải nhanh:

Hướng chuyển động của phần tử số 6 ở thời điểm: chưa dao động.

- Hướng chuyển động của phần tử số 12 ở thời điểm ,: cùng hướng với phương truyền sóng và đang có biên độ cực đại.

Hướng chuyển động của phần tử số 18 ở thời điểm đang ở VTCB và tiến ra biên dương.

Hướng chuyển động của các phần tử là dao động lên xuống quanh một vị trí cân bằng xác định, hướng truyền sóng trong hình vẽ từ trái sang phải.

Nhận xét: tốc độ truyền sóng và tốc độ dao động của các phần tử môi trường khác nhau.

III. MỘT SỐ TÍNH CHẤT ĐƠN GIẢN CỦA ÂM THANH VÀ ÁNH SÁNG

1. Sự phản xạ và khúc xạ sóng

Vận dụng 1: Hãy giải thích vì sao về đêm và sáng sớm, ta có thể nghe rõ tiếng chuông chùa hoặc chuông nhà thờ từ rất xa.

Giải nhanh:

Vào ban đêm hoặc sáng sớm có ít phương tiện hoạt động (con người, xe cộ, …), ít tiếng ồn từ các hoạt động sống khác nên sóng âm truyền đi được xa hơn và rõ hơn do không phải gặp quá nhiều vật cản và không bị các tạp âm chen lẫn.2. Hiệu ứng Doppler  

Vận dụng 2: Bạn sẽ nghe được âm thanh bổng hơn hay trầm hơn của còi xe dẫn đường khi xe đó chạy lại gần bạn?

Giải nhanh:

Khi xe chạy đến gần thì tần số tăng lên (tần số cao), nên bạn sẽ nghe thấy âm bổng hơn.