Thực hành vật lý đại cương khảo sát sóng dừng trên sợi dây

KHẢO SÁT SÓNG DỪNG TRÊN SỢI DÂY I.. Mục đích thí nghiệm 1.. Khảo sát sự truyền sóng trên dây: sóng tới, sóng phản xạ, giao thoa sóng, sóng dừng, cộng hưởng sóng dừng.. Đo được bước só

THỰC HÀNH VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG

Bài 5 KHẢO SÁT SÓNG DỪNG TRÊN SỢI DÂY

I Mục đích thí nghiệm

1 Khảo sát sự truyền sóng trên dây: sóng tới, sóng phản xạ, giao

thoa sóng, sóng dừng, cộng hưởng sóng dừng

2 Đo được bước sóng và xác định được vận tốc truyền sóng trên

sợi dây

II Tóm tắt lý thuyết

Phương trình dao dộng sóng của sợi dây OB : x0 = asin2πft

(5.1)

Vận tốc truyền sóng trên sợi dây:

F v





(5.2)

Phương trình dao động tại điểm M cách B một đoạn yMB :

x1M a.sin 2 ft L y





  (5.3)

Với λ là bước sóng xác định bới hệ thức: v

f

 

(5.4)

Tương tự, sóng tới từ đầu O gây ra tại đầu B một dao động x1B :

.sin 2

1B

L



  (5.5)

Khi tới đầu B, sóng bị phản xạ ngược lại Vì đầu B cố định, nên

sóng phản xạ từ B ngược pha so với sóng tới B sao cho độ dời của B

luôn bằng không, tức là: xB = x1B + x2B = 0



  (5.6)

Như vậy sóng phản xạ từ B gây ra tại M một dao động x2M :

2 M sin 2 y L

v





(5.7)

Ta cũng có độ dời của dao động tổng hợp tại M: xM = x1M + x2M

(5.8)

Thay (5.3), (5.6) vào (5.7), ta tìm được phương trình dao động tổng

hợp tại M: xM A.cos2  ft L



  (5.9)



 (5.10)

Với lực căng F cho trước, biên độ dao động tại các bụng sóng chỉ

đạt giá trị cực đại ổn định khi độ dài L của sợi dây thỏa mãn điều kiện:

2

LOBk  với k = 1, 2, 3,…

(5.11)

Thay vào (5.2), (5.4) vào (5.11), ta tìm được:

2L 1 F





 

(5.12)

Với sợi dây có độ dài L cho trước, ta lần lượt thay đổi tần số f của nguồn sóng và lực căng F tác dụng lên sợi dây để khảo sát sóng dừng trên sợi dây khi có cộng hưởng với k = 1, 2, 3,…bụng sóng Từ đó, xác định được bước sóng λ và vận tốc v của sóng truyền trên sợi dây:

v = λf (5.13)

III Kết quả thí nghiệm

1 khảo sát cộng hưởng sóng dừng trên sợi dây Xác định bước sóng và vận tốc truyền sóng

a) Bảng 1: Khảo sát độ dài L của sợi dây khi có cộng hưởng sóng dừng

- Lực căng: F=1,0N ; - Tần số kích thích: f = 30 Hz

k

 ( )m

v= f 

(m/s)

∆v (m/s)

2 484,3 0,48 0,008 14,4 0,02

 Với k = 1:

290 300 295

295 3

3

2 2.295.10

0,59 1

L k





295 290 295 300 295 295

3,33 3

3,33

0, 011 295

L

L

 

    (m) ; v = λf = 0,59.30 = 17,7 (m/s)

0, 01

0, 02 0,59





 Với k = 2:

490 480 483

484,3 3

3

2 2.484,3.10

0, 48 2

L k





484,3 490 484,3 480 484,3 483

3, 77 3

3, 77

0,008 484,3

L

L

 

    (m) ; v = λf = 0,48.30 = 14,4 (m/s)

0,008

0, 02

0, 48





* Tương tự với k = 3 và k = 4 ta thu được bảng 1

b) Bảng 2: Khảo sát tần số kích thích ƒ khi có cộng hưởng sóng

dừng trên sợi dây

- Lực căng: F=1,0N ; - Độ dài đoạn dây OB: L = 800 mm

k

 ( )m

v= f 

(mm) ∆v (m/s)

1

4 34

Tương tự như trên

2 khảo sát sự phụ thuộc của vận tốc truyền sóng v trên sợi dây vào lực căng F của sợi dây

- Độ dài đoạn dây OB: L = 0.600 m ; - Tần số kích thích: ƒ = 30Hz

k F ( N ) 2L( )m

k

 ( )m

v= f 

v (m/s)

1

4 0,83

Tuong tự như thế với delta L=0,05 delta f=1