Gia sƣ Thành Đƣợc www.daythem.edu.vn ƠN TÂP PHẦN SĨNG CƠ VÀ SĨNG ÂM Phần lí thuyết A SĨNG CƠ VÀ SỰ TRUYỀN SĨNG CƠ I sóng : sóng : Dao động lan truyền môi trƣờng Sóng ngang : Phƣơng dao động vng góc với phƣơng truyền sóng sóng ngang truyền đƣợc chất rắn bề mặt chất lỏng Sóng dọc : Phƣơng dao động trùng với phƣơng truyền sóng sóng dọc truyền chất khí, chất lỏng chất rắn II Các đặc trƣng sóng hình sin : a Biên độ sóng : Biên độ dao động phần tử mơi trƣờng có sóng truyền qua b Chu kỳ sóng ( khơng phụ thuộc vào mơi trƣờng): Chu kỳ dao động phần tử môi trƣờng có sóng truyền qua t Số lần nhơ lên mặt nƣớc N khoảng thời gian t giây T N 1 c Tốc độ truyền sóng (phụ thuộc vào môi trƣờng): Tốc độ lan truyền dao động mơi trƣờng v d Bƣớc sóng : Qng đƣờng mà sóng truyền đƣợc chu kỳ vT f Hai phần tử cách bƣớc sóng dao động pha Khoảng cách hai điểm gần phƣơng truyền sóng dao động pha e Năng lƣợng sóng : Năng lƣợng dao động phần tử mơi trƣờng có sóng truyền qua -Sóng truyền phƣơng(sợi dây) W điểm -Sóng truyền mặt W tỉ lệ nghịch với r(r khoảng cách từ điểm ta xét tới nguồn) - Sóng truyền khơng gian W tỉ lệ nghịch với r2 Chú ý: Dao động học môi trƣờng vật chất đàn hồi dao động cƣỡng (dao động sóng, dao động âm) III Phƣơng trình sóng : Phƣơng trình sóng gốc tọa độ : u0 = acost=a cos2 t/T Phƣơng trình sóng M cách gốc tọa độ d : t d Sóng truyền theo chiều dƣơng : u M a cos(2 2 ) T t d Nếu sóng truyền ngƣợc chiều dƣơng : u M a cos(2 2 ) T Phƣơng trình sóng hàm tuần hồn thời gian không gian d d1 Độ lệch pha hai điểm phƣơng truyền sóng 2 + Nếu 2n d d1 n : hai điểm dao động pha Hai điểm gần n = + Nếu 2n 1 d d1 2n 1 : Hai điểm dao động ngƣợc pha Hai điểm gần n = + Nếu 2n 1 d d1 2n 1 : Hai điểm dao động vuông pha Hai điểm gần n = B GIAO THOA SĨNG I Hiện tƣợng giao thoa hai sóng mặt nƣớc ( xét nguồn pha) Định nghĩa : Hiện tƣợng sóng gặp tạo nên gợn sóng ổn định Gia sƣ Thành Đƣợc www.daythem.edu.vn Giải thích : - Những điểm đứng yên : sóng gặp triệt tiêu - Những điểm dao động mạnh : sóng gặp tăng cƣờng II Cực đại cực tiểu : d d1 d d2 Phƣơng trình giao thoa: x 2a cos cos t Dao động điểm vùng giao thoa : (d d1 ) AM 2a cos Vị trí cực đại cực tiểu giao thoa : a Vị trí cực đại giao thoa : d2 – d1 = k Những điểm dao động có biên độ cực đại điểm mà hiệu đƣờng sóng từ nguồn truyền tới số nguyên lần bƣớc sóng b Vị trí cực tiểu giao thoa : d d1 (k ) Những điểm dao động có biên độ triệt tiêu điểm mà hiệu đƣờng sóng từ nguồn truyền tới số nguyên lần bƣớc sóng III Điều kiện giao thoa Sóng kết hợp : Điều kiện để có giao thoa : nguồn sóng nguồn kết hợp Dao động phƣơng, chu kỳ Có hiệu số pha khơng đổi theo thời gian Hiện tƣợng giao thoa tƣợng đặc trƣng sóng Các dạng tập: k’=-1 k’=0 1.Tìm số diểm dao động cực đại không dao động nguồn: k’=-2 k’=1 a Hai nguồn dao động pha ( 1 2 ) * Điểm dao động cực đại: d1 – d2 = k (kZ) Số đƣờng số điểm (khơng tính hai nguồn): k S1 S2 -2 AB (2 nguồn không điểm dao đông cực đại nên bt khơng có dấu =) * Điểm dao động cực tiểu (không dao động): d1 – d2 = (2k+1) -1 k=0 Hình ảnh giao thoa sóng pha (kZ) Số đƣờng số điểm (khơng tính hai nguồn): AB AB k ( kể nguồn biểu thức có thêm dấu =) b Hai nguồn dao động ngược pha:( 1 2 )(vân trung tâm vân cực tiểu) * Điểm dao động cực đại: d1 – d2 = (2k+1) (kZ) k’=-2 k’=-1 k’=0 S1 S2 -2 k’=1 Số đƣờng số điểm (khơng tính hai nguồn): -1 k=0 Hình ảnh giao thoa sóng ngược pha Gia sƣ Thành Đƣợc AB www.daythem.edu.vn AB k ( kể nguồn biểu thức có thêm dấu =) * Điểm dao động cực tiểu (không dao động): d1 – d2 = k (kZ) AB AB Số đƣờng số điểm (khơng tính hai nguồn): k ( kể nguồn biểu thức có thêm dấu =) Chú ý: Với tốn tìm số đƣờng dao động cực đại không dao động hai điểm M, N cách hai nguồn lần lƣợt d1M, d2M, d1N, d2N Đặt dM = d1M - d2M ; dN = d1N - d2N giả sử dM < dN + Hai nguồn dao động pha: Cực đại: dM < k < dN Cực tiểu: dM < (k+0,5) < dN + Hai nguồn dao động ngƣợc pha: Cực đại:dM < (k+0,5) < dN Cực tiểu: dM < k < dN Số giá trị nguyên k thoả mãn biểu thức số đƣờng cần tìm Phƣơng trình giao thoa tổng quát: d d2 1 d d1 1 x 2a cos ( ) cos t ( ) 2 d d1 1 C SĨNG DỪNG I Sự phản xạ sóng : - Khi phản xạ vật cản cố định, sóng phản xạ ln ln ngƣợc pha với sóng tới điểm phản xạ - Khi phản xạ vật cản tự do, sóng phản xạ ln ln pha với sóng tới điểm phản xạ -Với đầu A nguồn dao động dao động nhỏ xem nút sóng 2d * Phƣơng trình sóng dừng M cách B khoảng d (đầu B cố định ) : u 2a cos( ) cos(t ) 2 d * Phƣơng trình sóng dừng M cách B khoảng d (đầu B tự do) : uM Acos(2 )cos(2 ft ) II Sóng dừng : Định nghĩa : Sóng truyền sợi dây trƣờng hợp xuất nút bụng gọi sóng dừng Khoảng cách nút liên tiếp bụng liên tiếp bƣớc sóng Sóng dừng sợi dây có hai đầu cố định : l n Điều kiện để có sóng dừng sợi dây có hai đầu cố định chiều dài sợi dây phải số nguyên lần bƣớc sóng Số bó sóng = số bụng sóng = n ; số nút sóng = n + Sóng dừng sợi dây có đầu cố định, đầu tự : l (2n 1) Gia sƣ Thành Đƣợc www.daythem.edu.vn Điều kiện để có sóng dừng sợi dây có đầu cố định, đầu tự chiều dài sợi dây phải số lẻ lần P Q Số bụng = số nút = n + k Lƣu ý Nguồn đƣợc ni dòng điện có tần số 50 Hz tạo tần số dao động dây 100 Hz Đầu cố định đầu dao động nhỏ nút sóng Đầu tự bụng sóng Hai điểm đối xứng với qua nút sóng ln dao động ngƣợc pha Hai điểm đối xứng với qua bụng sóng ln dao động pha Các điểm dây dao động với biên độ không đổi lƣợng không truyền Khoảng thời gian hai lần sợi dây căng ngang (các phần tử qua VTCB) nửa chu kỳ Khoảng thời gian hai lần sợi dây duỗi thẳng T/2 -D ĐẶC TRƢNG VẬT LÝ CỦA ÂM I Âm Nguồn âm : Âm : Sóng truyền mơi trƣờng khí, lỏng, rắn Nguồn âm : Một vật dao động phát âm nguồn âm Chú ý: Dao động âm dao động cưỡng có tần số tần số nguồn phát Âm nghe đƣợc, hạ âm, siêu âm : - Âm nghe đƣợc( sóng âm) tần số từ : 16Hz đến 20.000Hz - Hạ âm : Tần số < 16Hz - Siêu âm : Tần số > 20.000Hz Sự truyền âm : a Môi trƣờng truyền âm : Âm truyền đƣợc qua chất răn, lỏng khí b Vận tốc truyền âm: Vận tốc truyền âm môi trƣờng rắn lớn môi trƣờng lỏng, mơi trƣờng lỏng lớn mơi trƣờng khí Vận tốc truyền âm phụ thuộc vào tính đàn hồi mật độ môi trường Trong môi trường, vận tốc truyền âm phụ thuộc vào nhiệt độ khối lượng riêng mơi trường II Những đặc trƣng vật lý âm : Tần số âm : Đặc trƣng vật lý quan trọng âm Cƣờng độ âm mức cƣờng độ âm : a Cƣờng độ âm I : Đại lƣợng đo lƣợng lƣợng mà sóng âm tải qua đơn vị diện tích vng góc với phƣơng truyền âm đơn vị thời gian Đơn vị W/m2 Cƣờng độ âm: I= W P = St S Với W (J), P (W) lƣợng, công suất phát âm nguồn S (m2) diện tích mặt vng góc với phƣơng truyền âm (với sóng cầu S diện tích mặt cầu S=4πR2) *Cƣờng độ âm A, B cách nguồn N có tỷ lệ Gia sƣ Thành Đƣợc www.daythem.edu.vn I A NB I B NA L A LB 20 lg SB SA I I0 -12 * Âm chuẩn có f = 1000Hz I0 = 10 W/m2 * Tai ngƣời cảm thụ đƣợc âm : 0dB đến 130dB Chú ý: Khi I tăng lên 10n lần L tăng thêm 10n (dB) Âm họa âm : - Khi nhạc cụ phát âm có tần số f0 ( âm ) đồng thời phát âm có tần số 2f0, 3f0, 4f0…( họa âm) tập hợp họa âm tạo thành phổ nhạc âm - Tổng hợp đồ thị dao động tất họa âm ta có đồ thị dao động nhạc âm đặc trƣng vật lý âm * Dành cho chƣơng trình nâng cao:Tần số đàn phát (hai đầu dây cố định hai đầu nút sóng) v v k = 2,3,4… có hoạ âm f k ( k N*) Ứng với k = âm phát âm có tần số f1 2l 2l bậc (tần số 2f1), bậc (tần số 3f1)… * Tần số ống sáo phát (một đầu bịt kín, đầu để hở đầu nút sóng, đầu bụng sóng) v v ( k = 1,2,3… có f (2k 1) ( k N) Ứng với k = âm phát âm có tần số f1 4l 4l hoạ âm bậc (tần số 3f1), bậc (tần số 5f1) III ĐẶC TRƢNG SINH LÍ CỦA ÂM I Độ cao : Đặc trƣng sinh lí âm gắn liền với tần số Tần số lớn : Âm cao Tần số nhỏ : Âm trầm Hai âm có độ cao có tần số II Độ to : Đặc trƣng sinh lí âm gắn liền với mức cƣờng độ âm.(ngồi phụ thuộc tần số) Cƣờng độ lớn : Nghe to III Âm sắc : Đặc trƣng sinh lí âm giúp ta phân biệt âm nguồn âm khác phát Âm sắc liên quan mật thiết với đồ thị dao động âm Âm nguồn âm khác phát khác âm sắc Hiệu ứng Doppler: (Dành cho chƣơng trình nâng cao) b Mức cƣờng độ âm : L(dB) 10 lg a Tần số âm tiến lại gần người quan sát: f b Tần số âm tiến xa người quan sát: f v c Tần số âm người quan sát tiến lại gần: f v fs : tần số nguồn phát v fs ; v vs vs : vận tốc nguồn phát fs : tần số nguồn phát v fs ; v vs vs : vận tốc nguồn phát v v f : tầ n số nguồ n phá t fs ; s v vn : vậ n tố c củ a ngườ i Gia sƣ Thành Đƣợc www.daythem.edu.vn d Tần số âm người quan sát tiến xa: f v v fs ; v ( v : vận tốc âm nguồn đứng n) fs : tần số nguồn phát v vM fs ; vs : vận tốc nguồn phát ; Tổng qt: f ' v vs v : vận tốc máy thu M fs : tầ n số nguồ n phá t vn : vậ n tố c củ a ngườ i Với v M Với vS ( ) : Máy thu lại gần ( ) : Máy thu xa ( ) : Nguồn thu lại gần ( ) : Nguoàn thu xa l k c Cộng hưởng âm: f v nv ch 2l Chú ý: Dao động học môi trƣờng vật chất đàn hồi dao động cƣỡng (dao động sóng, dao động âm) ... d1 – d2 = (2k+1) (kZ) k’ =-2 k’ =-1 k’=0 S1 S2 -2 k’=1 Số đƣờng số điểm (không tính hai nguồn): -1 k=0 Hình ảnh giao thoa sóng ngược pha Gia sƣ Thành Đƣợc AB www .daythem.edu.vn AB k (...Gia sƣ Thành Đƣợc www .daythem.edu.vn Giải thích : - Những điểm đứng yên : sóng gặp triệt tiêu - Những điểm dao động mạnh : sóng gặp tăng cƣờng II Cực đại... phản xạ sóng : - Khi phản xạ vật cản cố định, sóng phản xạ ln ln ngƣợc pha với sóng tới điểm phản xạ - Khi phản xạ vật cản tự do, sóng phản xạ ln ln pha với sóng tới điểm phản xạ -Với đầu A nguồn