BÀI GIẢNG lý DAO ĐỘNG và SÓNG (PHẦN 1)

BÀI GIẢNG DAO ĐỘNG VÀ SÓNG Bài giảng Dao động Sóng Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com (Phần 1) Chương Dao động Bồ công anh Cello Đọc hai từ đó, não bạn tức thời gợi lên liên tưởng, bật số phải thực với dao động Sự phân loại tinh thần “loại bồ công anh” liên hệ mạnh mẽ với màu sắc sóng ánh sáng dao động khoảng nửa triệu tỉ lần giây: màu vàng Sự rộn ràng êm dịu đàn cello có đặc điểm bật cung nhạc tương đối thấp – lưu ý bạn tự động tưởng tượng có dao động âm lặp lại tốc độ hàng trăm lần giây Sự tiến hóa đặt cho hai giác quan quan trọng quanh giả định môi trường thấm đẫm dao động mang thông tin, mà dao động thường có tính lặp lặp lại, xét đoán màu sắc mức âm tốc độ lặp lặp lại Đồng ý gặp phải sóng không lặp lại phụ âm “sh”, mức âm nhận được, giả thuyết Tạo hóa lặp Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com lặp lại nói chung ? Hiện tượng lặp lại xảy tự nhiên, từ quỹ đạo electron nguyên tử xuất trở lại chổi Halley 75 năm lần Các văn hóa cổ đại có xu hướng quy cho tượng lặp lặp lại giống mùa chất có tính chu kì thân thời gian, ngày có cách giải thích mang tính thần bí Giả sử thay cho quỹ đạo elip lặp lại, thực chổi Halley, thử lấy bút vẽ đường khác bất thường không lặp lại Chúng ta vẽ thật dài mà đường cắt qua Nhưng giao điểm đó, chổi quay lại nơi viếng thăm lần trước đó, lần viếng thăm trước, nên bảo toàn lượng cho thấy phải lần có động vận tốc cũ Không thế, mà hướng chuyển động chổi chọn cách ngẫu nhiên, xung lượng góc phải bảo toàn Mặc dù điều không đưa tới chứng chắn quỹ đạo chổi phải lặp lại, không bất ngờ Các định luật bảo toàn, đó, cho cách lí giải tốt chuyển động lặp lại phổ biến vũ trụ Kể chỗ chương trình vật lí bạn, làm cho bạn thấm nhuần nhìn giới vũ trụ cỗ máy khổng lồ Phân chia cỗ máy xuống thành phần lúc nhỏ, tới mức độ nguyên tử, electron quay tròn xung Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com quanh cấu hạt nhân – chà, lại cỗ máy nhỏ nữa! Từ quan điểm này, hạt vật chất viên gạch cấu trúc thứ, dao động sóng cặp trò bịp mà nhóm hạt thực Nhưng vào đầu kỉ 20, tình xoay chuyển Hàng loạt khám phá kích hoạt Albert Einstein dẫn đến việc nhận gọi “hạt” hạ nguyên tử thật sóng Theo giới quan này, dao động sóng bản, hình thành nên vật chất thủ thuật mà sóng làm 1.1 Chu kì, tần số, biên độ Hình b trình bày thí dụ dao động Với lực tác dụng lên nó, lò xo giả sử có chiều dài cân nó, b/1 Nó bị kéo căng, 2, hay bị nén, Chúng ta gắn lò xo vào tường đầu bên trái với vật nặng bên phải Nếu gõ nặng búa, 4, dao động trình bày loạt ảnh 4-13 Nếu giả sử vật nặng trượt tới lui ma sát chuyển động chiều, bảo toàn lượng chứng tỏ chuyển động phải có tính lặp lại Khi vật trở lại vị trí ban đầu lần nữa, 7, cũ, nên phải có động cũ Tuy nhiên, chuyển động hướng ngược lại Cuối cùng, 10, quay lại vị trí ban đầu với Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com động cũ hướng chuyển động cũ Chuyển động qua chu trình hoàn chỉnh, lúc lặp lại mãi vắng mặt ma sát Thuật ngữ vật lí thông dụng loại chuyển động tự lặp lại mãi chuyển động tuần hoàn, thời gian cần thiết cho lần lặp lại gọi chu kì, T (Không sử dụng kí hiệu P gây nhầm lẫn với động lượng) Vì thế, thật tiện lợi nói nhanh chóng dao động theo số dao động giây, đại lượng gọi tên tần số, f Vì chu kì số giây chu trình tần số số chu trình giây, nên chúng nghịch đảo nhau, f = 1/T Ví dụ Trò chơi ngày hội Trong trò chơi lễ hội thể hình c, anh chàng nhà quê cho đẩy bowling đường vừa đủ mạnh cho qua chỗ mô dốc vào chỗ trũng, không quay trở lại lần Nếu có loại lượng động có liên quan, điều Giả sử bạn muốn bóng quay trở lại điểm ví dụ điểm biểu diễn với đường viền đứt nét, sau dừng lại quay trở lại Nó qua điểm lần trước đó, sang bên trái theo đường vào chỗ trũng Khi chuyển động, nên bảo toàn lượng cho biết đứng yên trở lại điểm Chuyển động mà anh chàng hi vọng mặt vật lí Có chuyển động tuần hoàn xảy mặt vật lí bóng lăn tới lui, giới hạn bên chỗ trũng, cách đưa bóng vào chuyển động nơi bắt đầu Dù vậy, có cách thắng trò chơi Nếu bạn làm cho bóng xoay tròn đủ mức, bạn tạo đủ ma sát động cho lượng đáng kể nhiệt phát sinh Sự bảo toàn lượng cho phép bóng nằm yên trở lại điểm giống điểm viền đứt Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com nét, động chuyển hóa thành nhiệt Ví dụ Chu kì tần số đập cánh ruồi Một trò bịp phòng khách thời Victoria lắng nghe âm hưởng tiếng vo vo ruồi, tái tạo nốt nhạc đàn piano, cho biết cánh ruồi đập lần giây Nếu cánh ruồi đập, ví dụ, 200 lần giây, tần số chuyển động chúng f = 200/1s = 200s-1 Chu kì phần 200 giây, T = 1/f = (1/200)s = 0,005 s Đơn vị nghịch đảo giây, s-1, thật khó đọc, nên người ta tạo kí hiệu tắt cho Một Hertz, tên nhà tiên phong công nghệ vô tuyến, chu trình giây Ở dạng viết tắt, Hz = s-1 Đây đơn vị quen thuộc dùng cho tần số kênh radio Ví dụ Tần số đài phát Tần số đài KKJZ 88,1 MHz Con số nghĩa gì, số ứng với chu kì ? @ Tiếp đầu ngữ hệ mét M- mega, tức hàng triệu Sóng vô tuyến phát ănten phát KKJZ dao động 88,1 triệu lần giây Con số ứng với chu kì T = 1/f = 1,14 x 10-8 s Ví dụ cho thấy lí thứ hai giải thích thường phát biểu theo tần số không theo chu kì: thật khổ sở phải nhắc tới khoảng thời gian thường nhỏ Tôi làm ngắn lại cách nói với người chu kì đài KKJZ 11,4 nano giây, đa số người thường quen thuộc với tiếp đầu ngữ lớn hệ mét tiếp đầu ngữ nhỏ Đơn vị tần số thường dùng để tốc độ máy tính Ý tưởng toàn mạch điện nhỏ chip máy tính đồng hóa xung nhịp nhanh đồng hồ điện tử, nên tất mạch điện tham gia vào nhiệm vụ mà trước sau Cộng hai số Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com cần, nói ví dụ, 30 chu trình đồng hồ Các máy vi tính ngày hoạt động tần số đồng hồ khoảng gigahertz Chúng ta bàn việc làm đo vật dao động bao nhanh, chưa nói tới dao động lớn Thuật ngữ chung cho đại lượng biên độ, A Định nghĩa biên độ tùy thuộc vào hệ nói tới, hai người nói hệ không sử dụng định nghĩa Trong ví dụ vật nặng gắn vào đầu lò xo, d/1, biên độ đo theo đơn vị khoảng cách, ví dụ cm Người ta làm việc theo khoảng cách mà vật từ tận bên trái sang tận bên phải, cách có phần tiện lợi vật lí học sử dụng khoảng cách từ đến đầu tận Cách thứ thường gợi tới biên độ đỉnh-đỉnh, hai đầu chuyển động trông giống đỉnh núi hay đỉnh núi lộn ngược đồ thị vị trí theo thời gian Trong tình khác, chí không sử dụng đơn vị cho biên độ Biên độ đứa trẻ ghế xích đu, hay lắc, d/2, tiện lợi đo theo góc, không theo khoảng cách, chân đứa trẻ khoảng cách lớn đầu Các dao động điện máy thu đo theo đơn vị điện volt ampe Bài giảng Dao động Sóng Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com (Phần 2) Đối mặt trước công kích toàn diện tính kì lạ lượng tử, thật hấp dẫn giải thích câu nói tiếng nhà vật lí giành giải Nobel Richard Feynman: “Chẳng hiểu học lượng tử” Dẫu vậy, thật có vòng thật Những giải thích thử nêu sử dụng khuôn khổ chấp nhận rộng rãi nghĩ tính kì lạ lượng tử, gọi cách hiểu Copenhagen, gọi theo tên thành phố nơi Niels Bohr Werner Heisenberg nêu quy tắc tảng vào đầu kỉ 20 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Rốt học lượng tử cho biết chứ? (Ảnh: Paul Cooklin / Brand X Pictures / Getty) Với nguyên lí bất định nghịch lí phép đo nó, cách hiểu Copenhagen gắn liền với thừa nhận trang bị tồi để nhìn thấy thực lượng tử sở Mọi nỗ lực thực để giao chiến với giáng xuống hình chiếu cổ điển hời hợt tính phong phú lượng tử trọn vẹn Lev Vaidman trường đại học Tel Aviv, Israel, giống nhiều nhà vật lí khác, đưa lời giải thích khác “Tôi không nhận thấy không hiểu học lượng tử”, ông nói Nhưng phải trả giá cao hiểu – thừa nhận tồn vũ trụ song song Trong tranh này, hàm sóng không “suy sụp” tất định cổ điển bạn đo chúng; thực đơn phân tách thành nhiều giới song song có nhiều khả đo Một giới mang bạn thực mà bạn sống xa với “Nếu bạn không thừa nhận đa giới, chẳng có cách có tranh kết hợp cả”, Vaidman nói Hay, lại theo cách nói Feynman, cho dù bạn chấp nhận cách hiểu Copenhagen hay đa giới, “thì ‘nghịch lí’ mâu thuẫn thực cảm giác bạn mà thực phải thế” Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 1.2 Chuyển động điều hòa đơn giản Tại dao động dạng sin lại phổ biến ? Nếu thật xây dựng hệ lò xo – vật nặng nói phần trước đo chuyển động cách xác, thấy đồ thị x – t gần dạng sóng sin hoàn hảo, thể hình e/1 (Chúng ta gọi sóng sin hay “hàm sin” cosin, sin hay cosin lệch lượng có phần độc đoán theo phương ngang) Có thể ngạc nhiên trước uốn lượn hàm tổng quát kiểu này, lại hoàn hảo đặc biệt mặt toán học ? Tại hình cưa hay số hình dạng khác ? Bí ẩn sâu sắc thêm thấy lượng lớn hệ dao động rõ ràng liên quan biểu đặc điểm toán học Một âm thoa, kéo đầu buông ra, xe nảy chống sốc nó, tất hệ biểu chuyển động dạng sóng sin điều kiện: biên độ chuyển động phải nhỏ Thật chẳng khó khăn việc thấy qua trực giác hai đầu biên độ tác dụng khác Ví dụ, xe nảy nhẹ chống sốc chạy nhẹ nhàng, gấp đôi biên độ dao động, đáy xe bắt đầu chạm đất, e/4 (Mặc dù giả sử cho đơn giản chương lượng không bị tiêu hao, rõ ràng Một số sóng, sóng âm, dễ dàng nghiên cứu cách đặt máy dò Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com nơi định không gian nghiên cứu chuyển động hàm thời gian Kết đồ thị có trục hoành trục thời gian Với sóng nước, mặt khác, cách dễ nhìn sóng theo đường thẳng Ảnh nhìn phớt nhanh qua gắn cho đồ thị chiều cao sóng nước hàm vị trí Mỗi sóng biểu diễn theo hai cách Một cách dễ hình dung điều theo máy ghi đồ thị bóc trần gồm bút mực ngọ nguậy tới lui cuộn giấy thêm vào bên Nó dùng để ghi điện tâm đồ người, hay sóng địa chấn nhỏ để cảm nhận động đất dễ nhận thấy phát máy ghi địa chấn Lấy máy đo địa chấn làm ví dụ, đồ thị ghi chuyển động sóng mặt đất hàm thời gian, tờ giấy cho vào với tốc độ tốc độ chuyển động sóng động đất, biểu diễn kích cỡ kiểu sóng thật Giả sử, thường xảy ra, vận tốc sóng số không đổi bất chấp hình dạng sóng, việc biết chuyển động sóng hàm thời gian tương đương với việc biết hàm vị trí Bước sóng Mọi sóng tuần hoàn biểu mẫu hình lặp lại vẽ đồ thị hàm vị trí Khoảng cách nối lần lặp lại gọi bước sóng Kí hiệu thường dùng cho bước sóng λ, kí tự Hi Lạp lambda Bước sóng Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com không gian giống chu kì thời gian Liên hệ vận tốc sóng với chu kì tần số Giả sử tạo nhiễu loạn lặp lại cách kích động bề mặt hồ bơi Về bản, tạo loạt xung sóng Bước sóng đơn giản khoảng cách mà xung truyền trước tạo xung Khoảng cách xung λ, thời gian xung chu kì T, nên tốc độ sóng quãng đường chia cho thời gian, Ví dụ Bước sóng sóng vô tuyến Tốc độ ánh sáng 3,0 x 108 m/s Hỏi bước sóng sóng vô tuyến phát KKJZ, đài phát có tần số 88,1 MHz, ? @ Giải phương trình cho bước sóng, có λ= v/f = (3,0 x 108 m/s) / (88,1 x 106 s-1) = 3,4 m Kích cỡ ănten vô tuyến liên quan chặt chẽ với bước sóng sóng Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com mà muốn thu Sự ăn khớp không thiết thật xác (vì sau ănten nhận nhiều bước sóng!), ănten “râu” bình thường ănten xe 1/4 bước sóng Ănten dùng để thu tín hiệu đài KKJZ có chiều dài 3,4 m /4 = 0,85 m Phương trình v = f λ xác định mối quan hệ ổn định hai biến biến giữ không đổi Tốc độ sóng vô tuyến không khí gần xác bước sóng tần số (thật xác chúng chân không), nên có mối quan hệ ổn định tần số bước sóng chúng Như vậy, nói “Chúng ta nói bước sóng phải không ?” “Chúng ta nói tần số phải không?” Một thí dụ khác hành trạng sóng truyền từ vùng nơi môi trường có tập hợp tính chất sang vùng nơi môi trường hành xử khác Tần số không đổi, không hai phần sóng không đồng với nhau, gây nút thắt hay điểm gián đoạn ranh giới, điều không thực tế (Một lập luận thận trọng nút thắt hay điểm gián đoạn có độ cong vô hạn, sóng có xu hướng bị kéo phẳng độ cong chúng Một độ cong vô hạn bị kéo phẳng vô hạn nhanh chóng, tức không xuất trường hợp thứ nhất) Vì tần số phải giữ không đổi, thay đổi vận tốc môi trường phải gây thay đổi bước sóng Vận tốc sóng nước phụ thuộc vào độ sâu nước, dựa λ= v/f, thấy sóng nước chuyển động vào vùng có độ sâu khác phải thay đổi bước sóng chúng, thể hình bên Hiệu ứng quan sát thấy sóng đại dương vào bờ Nếu giảm tốc kiểu sóng đủ đột ngột, đầu sóng cuộn lên, mang lại sóng vỡ tan Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com u/ Sóng nước truyền vào có độ sâu khác thay đổi bước sóng t/ Siêu âm, tức âm có tần số cao ngưỡng nghe người, sử dụng để tạo hình ảnh bào thai Độ phân giải ảnh liên quan đến bước sóng, chi tiết nhỏ khoảng bước sóng phân giải Vì thế, độ phân giải cao yêu cầu bước sóng ngắn, tương ứng với tần số cao Lưu ý sóng tán sắc Trình bày vận tốc sóng thật đơn giản hóa mức cho sóng có vận tốc phụ thuộc vào tần số bước sóng Một sóng gọi sóng tán sắc Hầu tất sóng mà nói tới khóa học không tán sắc, vấn đề trở nên quan trọng loạt giảng này, trình bày chi tiết mục tự chọn 4.2 Sóng sin Sóng hình sin trường hợp đặc biệt quan trọng sóng tuần hoàn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Thật vậy, nhiều nhà khoa học kĩ sư khó chịu với việc định nghĩa dạng sóng âm “ah” có tần số bước sóng rõ ràng, họ xem có sóng sin thí dụ túy có tần số bước sóng định Thiên kiến họ không hợp lí, nhà toán học người Pháp Fourier chứng minh sóng tuần hoàn có tần số f xây dựng chồng chất sóng sin với tần số f, 2f, 3f,… Theo ý nghĩa này, sóng sin viên gạch cấu trúc bản, khiết sóng (Kết Fourier làm bất ngờ giới toán học Pháp tới mức ông bị chế nhạo lần ông đưa định lí ông) Tuy nhiên, việc sử dụng định nghĩa vấn đề tiện lợi Cảm giác nghe nhận hai âm có chu kì có cường độ, cho dù chúng có sóng sin hay không Điều thật rõ ràng vị hệ thống tai-não tiến hóa để hiểu tiếng nói người tiếng ồn động vật, chúng tuần hoàn dạng sin Mặt khác, mắt xét đoán màu sắc khiết (thuộc dải màu cầu vồng) sóng sin A Giả sử chất chồng hai sóng sin có biên độ nhau, tần số khác nhau, biểu diễn hình Sóng chồng chất trông ? Sóng nghe chúng sóng âm ? Bài giảng Dao động Sóng Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com (Phần 9) 3.5 Hiệu ứng Doppler Hình v cho thấy hình ảnh sóng tạo đầu nhọn dao động chuyển động nước Nếu dao động chỗ, thấy hình ảnh đường tròn đồng tâm quen thuộc, tất có tâm chung điểm Nhưng nguồn sóng di chuyển, nên bước sóng bị ngắn lại phía dài phía bên Hiện tượng gọi hiệu ứng Doppler Lưu ý vận tốc sóng tính chất ổn định môi trường, nên chẳng hạn sóng chuyển động phía trước không tăng cường thêm tốc độ kiểu viên đạn bắn phía trước từ máy bay Chúng ta suy thay đổi tần số Vì vận tốc không đổi, nên phương trình v = f λ cho biết thay đổi bước sóng phải tương xứng với thay đổi ngược lại tần số: tần số cao sóng phát phía trước, tần số thấp sóng phát phía sau Hiệu ứng tần số Doppler nguyên nhân âm sôi động quen thuộc trận đua xe tiến tới gần Khi xe tiến tới phía chúng ta, nghe thấy âm cao hơn, sau qua chúng ta, nghe thấy tần số thấp bình thường Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com v/ Hình ảnh sóng tạo nguồn điểm chuyển động sang bên phải nước Chú ý bước sóng ngắn sóng phát phía trước bước sóng dài sóng phát phía sau Hiệu ứng Doppler xảy nhà quan sát chuyển động nguồn phát đứng yên Chẳng hạn, người quan sát chuyển động phía nguồn cố định nhận chỏm sóng,và bị bao vây chỏm sóng sớm cô ta có trường hợp khác, cô ta chuyển động phía đẩy nhanh chạm trán cô ta với Nói đại khái, hiệu ứng Doppler phụ thuộc vào chuyển động tương đối nguồn phát người quan sát, không phụ thuộc vào trạng thái chuyển động tuyệt đối chúng (thứ khái niệm rõ ràng vật lí học) hay vào vận tốc tương đối chúng môi trường Tự giới hạn với trường hợp nguồn chuyển động, với sóng phát hướng thẳng tới hướng ngược lại chiều chuyển động, dễ dàng tính bước sóng, hay tương đương tần số, sóng bị lệch Doppler Đặt v vận tốc sóng, vs vận tốc nguồn Bước sóng sóng phát phía trước bị ngắn lại lượng vsT khoảng cách mà nguồn hành trình chu kì Sử dụng định nghĩa f = 1/T phương trình v = f λ, tìm bước sóng sóng bị lệch Doppler Một phương trình tương tự sử dụng cho sóng phát phía sau, với dấu cộng thay cho dấu trừ Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Thí dụ thứ hai cho thấy điều kiện bình thường giới hạn mặt đất, lệch Doppler ánh sáng không đáng kể đối tượng bình thường di chuyển chậm ánh sáng nhiều Tuy nhiên, câu chuyện khác nói tới thiên hà, điều đưa đến câu chuyện có hàm ý sâu xa hiểu biết nguồn gốc vũ trụ Ví dụ Radar Doppler Radar lần sử dụng người Anh Thế chiến thứ hai: ănten mặt đất gửi sóng vô tuyến lên bầu trời, dò tìm tiếng vọng lại sóng bị phản xạ khỏi máy bay Đức Sau này, không quân muốn gắn ănten radar lên máy bay, có vướng mắc, máy bay muốn phát máy bay khác cao độ thấp hơn, phải nhắm sóng vô tuyến xuống dưới, thu tiếng vọng từ mặt đất Giải pháp phát minh radar Doppler, tiếng vọng từ mặt đất phân biệt với tiếng vọng từ máy bay khác theo lệch Doppler chúng Một công nghệ tương tự nhà khí tượng học sử dụng để lập đồ đám mây mưa mà loại trừ phản xạ từ mặt đất, cối nhà cửa Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com w/ Ảnh chụp radar Doppler bão Katrina, năm 2005 Sự lệch Doppler ánh sáng Nếu lệch Doppler phụ thuộc vào chuyển động tương đối nguồn máy thu, cách cho người chuyển động với nguồn người khác chuyển động với máy thu xác định người chuyển động không Người quy toàn lệch Doppler cho chuyển động người khẳng định đứng yên Điều hoàn toàn phù hợp với nguyên lí ban đầu galileo phát biểu chuyển động có tính tương đối Mặt khác, phân tích thận trọng lệch Doppler sóng nước hay sóng âm cho thấy, gần đúng, tốc độ thấp, lệch phụ thuộc vào chuyển động tương đối nguồn người quan sát Chẳng hạn, có khả máy bay phản lực giữ lại sóng âm riêng nó, cho sóng âm dường đứng yên người phi công máy bay Người phi công biết cô ta chuyển động xác tốc độ âm Lí điều không bác bỏ chuyển động tương đối người phi công không thật xác định chuyển động tuyệt đối cô ta mà chuyển động tương đối cô ta với không khí, môi trường sóng âm Einstein nhận điều giải vấn đề sóng âm hay sóng nước, không cứu nguy cho nguyên lí chuyển động tương đối trường hợp sóng ánh sáng, ánh sáng dao động vật chất nước hay không khí Bắt đầu cách tưởng tượng chùm ánh sáng trông người lái xe mô tô sát bên cạnh nó, cuối Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Einstein tới cách thức hoàn toàn để mô tả vũ trụ, không gian thời gian bị bóp méo đo người quan sát trạng thái chuyển động khác Là hệ Lí thuyết tương đối này, ông chứng minh sóng ánh sáng có độ lệch Doppler xác, không gần đúng, phụ thuộc vào chuyển động tương đối nguồn máy thu Big Bang Ngay nhà thiên văn bắt đầu nhìn lên bầu trời qua kính thiên văn, họ bắt đầu ý tới đối tượng định trông giống đám mây không gian sâu thẳm Thực tế họ nhìn thấy giống từ đêm qua đêm khác nghĩa họ nhìn bầu khí trái đất Không biết chúng thật gì, muốn nghe nói cách trang trọng, họ gọi chúng “tinh vân”, nghĩa “đám mây” xung quanh nguy nga Vào đầu kỉ 20, nhà thiên văn nhận số chúng thật đám mây khí (ví dụ, “ngôi sao” lưỡi gươm chòm Orion, trông mờ mờ với mắt trần điều kiện thời tiết tốt), tinh vân khác ngày gọi thiên hà: vũ trụ thực cô lập gồm hàng tỉ tỉ (ví dụ thiên hà Tiên Nữ, trông thấy mảng mờ qua ống nhòm) Ba trăm năm sau galileo phân giải Dải Ngân hà thành riêng rẻ qua kính thiên văn ông, nhà thiên văn nhận thấy vũ trụ cấu thành từ thiên hà sao, Dải Ngân hà đơn giản phần nhìn thấy đĩa phẳng thiên hà chúng ta, nhìn từ bên Điều mở nghiên cứu khoa học vũ trụ học, cấu trúc lịch sử vũ trụ tổng thể, lĩnh vực không khai phá nghiêm túc kể từ thời Newton Newton nhận thấy hấp dẫn luôn lực hút, không đẩy nhau, vũ trụ có xu hướng co lại Lời giải ông cho toán thừa nhận vũ trụ vô hạn phân bố vật chất, cho tâm hình học Lực hấp dẫn vũ trụ có xu hướng triệt tiêu đối xứng, nên co lại Vào kỉ 20, niềm tin vào vũ trụ bất biến vô hạn trở thành kiến thức thông lệ khoa học, phần phản ứng lại thời kì lãng phí tìm lời giải thích tượng địa chất cổ đại dựa hóa Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com thạch đề xuất kiện kinh thánh nạn hồng thủy Noah Vào năm 1920, nhà thiên văn học Edwin Hubble bắt đầu nghiên cứu lệch Doppler ánh sáng phát thiên hà Từng cầu thủ bóng đá trường học với thói nghiệm nicotine nghiêm trọng, Hubble không đặt làm thay đổi tranh bắt đầu vũ trụ Quyển tự truyện ông khí nhắc tới khám phá vũ trụ học mà ngày ông nhớ tới Khi nhà thiên văn bắt đầu nghiên cứu lệch Doppler thiên hà, họ trông đợi hướng vận tốc chuyển động thiên hà ngẫu nhiên Một số tới chúng ta, ánh sáng chúng bị lệch Doppler đầu xanh quang phổ, số lượng trông đợi bị lệch phía đỏ Cái Hubble tìm thấy thay trừ vài thiên hà gần, tất thiên hà bị lệch đỏ, cho thấy chúng lùi xa khỏi phần lớn tốc độ ánh sáng Không thế, mà thiên hà xa lùi xa nhanh Tốc độ tỉ lệ thuận với khoảng cách chúng đến Liệu có phải nghĩa trái đất (hay thiên hà chúng ta) trung tâm vũ trụ ? Không, lệch Doppler ánh sáng phụ thuộc vào chuyển động tương đối nguồn người quan sát Nếu thấy thiên hà xa chuyển động xa tốc độ khoảng 10% tốc độ ánh sáng, chắn nhà thiên văn sống thiên hà thấy thiên hà lùi xa khỏi họ tốc độ theo hướng ngược lại Toàn vũ trụ hình dung ổ bánh trương phồng bánh mì nhân nho khô Khi bột dãn nở, lúc có nhiều không gian hạt nho khô Hai hạt nho cách xa nhau, tốc độ mà chúng dời xa lớn Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com x/ Thiên hà M51 Dưới phóng đại cao, đám mây sữa tự bộc lộ chúng gồm hàng tỉ tỉ y/ Làm nhà thiên văn biết hỗn hợp bước sóng mà phát ban đầu để họ nói độ lệch Doppler ? ảnh (thu tác giả với thiết bị tốn khoảng đô la, kính thiên văn) cho thấy hỗn hợp màu sắc phát Sirius (Nếu bạn có sách in trắng đen, màu xanh bên trái màu đỏ bên phải) Ngôi trông có màu trắng hay trắng xanh mắt, ánh sáng trông có màu trắng gồm đại thể hỗn hợp ngang màu cầu vồng, tức sóng sin khiết có bước sóng nằm vùng nhìn thấy Hãy ý “kẽ răng” màu đen Đây dấu vân tay hydrogen khí bên Sirius Những bước sóng bị hấp thụ chọn lọc hydrogen Sirius nằm thiên hà chúng ta, tương tự nằm thiên hà khác hình ảnh chung bị lệch phía đầu đỏ, xác nhận chúng chuyển động xa Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com z/ Kính thiên văn núi Wilson mà Hubble sử dụng Suy ngược lại thời gian định luật vật lí biết, vũ trụ sớm phải đậm đặc Tại điểm đó, phải đậm đặc nóng, chí phát xạ từ cầu lửa sơ khai này, dạng xạ vi sóng tràn ngập không gian Cụm từ Big Bang ban đầu đặt người nghi ngờ lí thuyết làm cho nghe thật buồn cười, trụ được, ngày nhà thiên văn chấp nhận lí thuyết Big Bang dựa chứng trực tiếp lệch đỏ xạ vũ trụ Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Big Bang Cuối cùng, cần phải ý Big Bang Nó lời giải thích saovũ trụ tồn Những câu hỏi thuộc lĩnh vực tôn giáo, khoa học Khoa học tìm thấy lời giải thích ngày đơn giản cho nhiều tượng đa dạng, cuối khoa học coi vũ trụ vốn theo quan sát Hơn nữa, có khuynh hướng không hay, chí số nhiều nhà khoa học, nói Big Bang lí thuyết mô tả kiện vũ trụ, gây thứ sau Mặc dù thời gian có lẽ có bắt đầu (thuyết tương đối rộng Einstein thừa nhận khả thế), phương pháp khoa học hoạt động phạm vi điều kiện định nhiệt độ áp suất Vượt nhiệt độ khoảng 109 độ C, chuyển động nhiệt ngẫu nhiên hạt hạ nguyên tử trở nên nhanh đến mức vận tốc so sánh với tốc độ ánh sáng Đủ sớm lịch sử vũ trụ, nhiệt độ tồn tại, vật lí Newton trở nên xác, phải mô tả tự nhiên mô tả tổng quát cho thuyết tương đối Einstein, bao hàm vật lí học Newton trường hợp đặc biệt Ở nhiệt độ cao nữa, vượt khoảng 1033 độ, nhà vật lí biết lí thuyết Einstein bắt đầu thất bại, làm xây dựng lí thuyết tổng quát tự nhiên hoạt động nhiệt độ Cho dù vật lí học tiến bao nhiêu, không mô tả tự nhiên nhiệt độ cao vô hạn, có giới hạn cho nhiệt độ mà khảo sát thí nghiệm Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com quan sát để dẫn đến lí thuyết Chúng ta hài lòng hiểu vật lí bao hàm tiến hóa vũ trụ bắt đầu vài phút sau Big Bang, có lẽ lần ngược lại hàng mili giây hay micro giây sau nó, sử dụng phương pháp khoa học để xử lí bắt đầu thân thời gian A Nếu máy bay chuyển động tốc độ âm thanh, bước sóng phần phát phía trước sóng âm phát ? Điều phải hiểu nào, điều thật xảy ? Điều xảy chuyển động nhanh tốc độ âm ? Bạn sử dụng thông tin để giải thích bạn nhìn thấy hình aa ab hay không ? B Nếu viên đạn bay chậm tốc độ âm thanh, máy bay chiến đấu siêu bắt kịp âm riêng nó, không bắt kịp viên đạn riêng ? C Nếu máy bay nói chuyện với bạn, lời nói họ có bị lệch Doppler không ? [...]... lên một hệ số nhất định Bài giảng Dao động và Sóng Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com (Phần 4) 2.2 Năng lượng tiêu hao trong dao động Cho đến nay, chúng ta đã và đang đưa ra giả định tương đối không thực tế là một dao động sẽ không bao giờ tắt Đối với một vật nặng thực tế gắn trên lò xo, thì sẽ có ma sát, và động năng và thế năng của dao động do đó sẽ chuyển hóa... các dao động bị giới hạn trong vùng trình bày trong hình g/2, thì chúng sẽ rất gần dạng sin Đây là lí do vì sao các dao động dạng sin là một đặc điểm phổ biến của mọi hệ dao động, nếu chúng ta tự hạn chế mình với những biên độ nhỏ Vì thế, định lí đó có tầm quan trọng khái quát to lớn Nó áp dụng cho toàn vũ trụ, cho các vật đa dạng từ các sao đang dao động tới các hạt nhân đang dao động Một dao động. .. một chút động năng và thế năng của nó thành nhiệt và âm thanh, nên các dao động thật ra sẽ tắt đi khá nhanh, chứ không lặp lại nhiều chu trình như biểu diễn trên hình) Chìa khóa để hiểu được một vật dao động như thế nào là biết lực tác dụng lên vật phụ thuộc như thế nào vào vị trí của vật Nếu một vật đang dao động sang trái và phải, thì nó có một lực hướng sang trái khi nó ở phía bên phải, và một lực... cầu cũ xấu số 2.1 Năng lượng trong dao động Một cách mô tả sự sụp đổ của cây cầu là cây cầu nhận lấy năng lượng từ ngọn gió thổi đều đều và tạo ra các dao động càng lúc càng nhiều năng lượng hơn Trong mục này, chúng ta nói về năng lượng có trong một dao động, và trong phần tiếp theo chúng ta sẽ chuyển sang vấn đề mất năng lượng và cấp thêm năng lượng cho một hệ dao động, tất cả nhằm mục tiêu tìm hiểu... việc phân tích các dao động của một hệ phức tạp đã tiến bộ hơn nhiều Ví dụ 8 Sự phát xạ và hấp thụ sóng ánh sáng bởi nguyên tử Trong một chất khí rất loãng, các nguyên tử đủ xa nhau nên chúng có thể tác dụng như những hệ dao động riêng rẽ Mặc dù những dao động đó thuộc loại lạ và khó hiểu được mô tả bởi lí thuyết cơ học lượng tử, nhưng chúng tuân theo cùng những quy luật như các dao động cơ bình thường... http://www.simpopdf.com Chúng ta sẽ thấy ở phần sau trong chương này rằng còn có những lí do khác khiến Q của một cái loa phải cao Bài giảng Dao động và Sóng Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com (Phần 5) 2.3 Đưa năng lượng vào dao động Khi đẩy một đứa trẻ trên ghế xích đu, bạn không thể nào chỉ tác dụng một lực không đổi Một lực không đổi sẽ làm cho ghế xích đu... lượng của một dao động như thế tính dễ nhất bằng cách xét “điểm đổi chiều” khi nước dừng lại và đảo chiều chuyển động Tại điểm này, nó chỉ có thế năng và không có động năng, nên bằng cách tính thế năng của nó, chúng ta có thể tìm năng lượng của dao động Thế năng này bằng công phải thực hiện để đưa nước ở phía bên phải xuống độ sâu A dưới mức cân bằng, nâng nó lên độ cao A, và đưa nó vào phía bên trái... nếu bị nung nóng (3) Khi một hệ bị đưa vào cộng hưởng, thì các dao động trạng thái ổn định có biên độ tỉ lệ với Q Điều này khá trực quan Hành vi trạng thái ổn định là sự cân bằng giữa năng lượng cấp vào từ ngoại lực và năng lượng thất thoát do lực hãm Một dao động tử Q thấp, tức là một dao động với lực hãm mạnh, mất năng lượng của nó nhanh hơn, mang lại chuyển động trạng thái ổn định biên độ nhỏ hơn... thường của dao động của ghế xích đu Hình d/1 cho thấy đồ thị x – t của đứa trẻ trông như thế nào khi bạn dần dần đưa thêm năng lượng vào dao động của nó Đồ thị của lực tác dụng của bạn theo thời gian có khả năng sẽ là cái trông giống như đồ thị 2 Tuy vậy, hóa ra thật đơn giản hơn nhiều về mặt toán học khi xét một dao động với năng lượng bơm vào nó bởi một lực chi phối bản thân nó là một sóng sin, 3... ta Đây là thực tế chung về dao động cưỡng bức: (1) Trạng thái ổn định phản ứng với ngoại lực dạng sin xảy ra ở tần số của ngoại lực, chứ không ở tần số dao động tự nhiên riêng của hệ Bây giờ hãy nghĩ về biên độ của phản ứng trạng thái ổn định Hãy tưởng tượng một đứa trẻ trên ghế xích đu có tần số dao động tự nhiên 1 Hz, nhưng chúng ta sẽ thử làm cho ghế xích đu của nó dao động tới lui ở 3 Hz Bằng trực ... http://www.simpopdf.com (Phần 6) Chương Sóng tự Dây quản bạn lưỡi gà kèn saxophone dao động, có khả dao động chẳng có công dụng nhiều dao động truyền tới tai người nghe sóng âm Vậy sóng chúng tồn ?... có lí khác khiến Q loa phải cao Bài giảng Dao động Sóng Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com (Phần 5) 2.3 Đưa lượng vào dao động Khi đẩy đứa trẻ ghế xích đu,.. .Bài giảng Dao động Sóng Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com (Phần 1) Chương Dao động Bồ công anh Cello Đọc hai từ đó,