ĐẠI CƯƠNG VỀ SÓNG CƠ HỌC: 1. Định nghĩa: Sóng cơ học là sự lan truyền dao động cơ học trong môi trường vật chất đàn hồi theo thời gian. Từ định nghĩa trên ta có thể rút ra một số nhận xét sau: Sóng cơ học là sự lan truyền dao động, lan truyền năng lượng, lan truyền pha dao động (trạng thái dao động) chứ không phải quá trình lan truyển vật chất (các phần tử sóng). VD.Trên mặt nước cánh bèo hay chiếc phao chỉ dao động tại chỗ khi sóng truyền qua. Sóng cơ chỉ lan truyền được trong môi trường vật chất đàn hồi, không lan truyền được trong chân không. Đây là khác biệt cơ bản giữa sóng cơ và sóng điện từ (sóng điện từ lan truyền rất tốt trong chân không). VD.Ngoài không gian vũ trụ các phi hành gia phải liên lạc với nhau bằng bộ đàm hoặc kí hiệu. Tốc độ và mức độ lan truyền của sóng cơ phụ thuộc rất nhiều vào tính đàn hồi của môi trường, môi trường có tính đàn hồi càng cao tốc độ sóng cơ càng lớn và khả năng lan truyền càng xa, bởi vậy tốc độ và mức độ lan truyền sóng cơ giảm theo thứ tự môi trường: Rắn > lỏng > khí. Các vật liệu như bông, xốp, nhung... có tính đàn hồi nhỏ nên khả năng lan truyền sóng cơ rất kém bởi vậy các vật liệu này thường được dùng để cách âm, cách rung (chống rung)... VD. Áp tai xuống đường ray ta có thể nghe thấy tiếng tàu hỏa từ xa mà ngay lúc đó ta không thể nghe thấy trong không khí. Sóng cơ 2là quá trình lan truyền theo thời gian chứ không phải hiện tượng tức thời, trong môi trường vật chất đồng tính và đẳng hướng các phần tử gần nguồn sóng sẽ nhận được sóng sớm hơn các phần tử ở xa nguồn. 2. Các đại lượng sóng: a. Vʻn t˨c truy˒n sóng (v): Gọi S là quãng đường sóng truyền trong thời gian t. Vận tốc truyền sóng là: v =s t (Chú ý: Vận tốc sóng là vận tốc lan truyền của sóng trong không gian chứ không phải là vận tốc dao động của các phần tử) b. Chu kì sóng: ( ) 1 2 1 s N t f T (N là số lần nhô lên của 1 điểm hay số đỉnh sóng đi qua một vị trí hoặc số lần sóng dập vào bờ trong thời gian t(s)) c. Tần số sóng f: Tất cả các phân tử vật chất trong tất cả các môi trường mà sóng truyền qua đều dao độngcùng một tần số v chu kì, bằng tần số và chu kì của nguồn sóng, gọi là tần số (chu kì) sóng: = 1 T = 2 (Hz) d. Bước sóng: Bước sóng là quãng đường sóng truyền trong một chu kì và là khoảng cách ngắn nhất giữahai điểm dao động cùng pha trên phương truyền sóng. = v.T = v (m) Chú ý: Bất kì sóng nào (với nguồn sóng đứng yên so với máy thu) khi truyền từ môi trường này sang môi trường khác thì bước sóng, năng lượng, vận tốc, biên độ, phương truyền có thể thay đổi nhưng tần số và chu kì thì không đổi và luôn bằng tần số v chu kì dao động của nguồn sóng 2 1 2 1 2 2 1 1 v v v v f bước sóng trong 1 môi trường tỉ lệ với vận tốc sóng trong môi trường đó. e. Biên độ sóng: Biên độ sóng tại mỗi điểm là biên độ dao động của phần tử sóng tại điểm đó nói chung trong thực tế biên độ sóng giảm dần khi sóng truyền xa nguồn. f. Năng lượng sóng Ei: Năng lượng sóng tại mỗi điểm Ei là năng lượng dao động của phần tử sóng tại điểm đó nói chung trong thực tế năng lượng sóng luôn giảm dần khi sóng truyền xa nguồn: Ei = 2 2 2 D Ai trong đó D là khối lượng riêng của môi trường sóng, Ai là biên độ sóng tại đó. Nhận xét: Trong môi trường truyền sóng lý tưởng nếu: Sóng chỉ truyền theo một phương (VD.sóng trên sợi dây) thì biên độ và năng lượng sóng có tính luân chuyển tức là không phụ thuộc vào khoảng cách đến nguồn sóng: A1 = A2 = A3..., E1 = E2 = E3... Sóng truyền trên mặt phẳng (VD.sóng nước), tập hợp các điểm cùng trạng thái là đường tròn chu vi 2R với tâm là nguồn sóng, khi đó biên độ và năng lượng sóng giảm dần khi sóng truyền xa nguồn và theo tỉ lệ: 1 2 2 1 R R A A và 1 2 2 1 R R E E (R1, R2 là khoảng cách tương ứng đến nguồn sóng). Sóng truyền trong không gian (VD.sóng âm trong không khí), tập hợp các điểm cùng trạng thái là mặt cầu có diện tích 4R2 với tâm là nguồn sóng, khi đó biên độ và năng lượng sóng giảm dần khi sóng truyền xa nguồn theo tỉ lệ: 1 2 2 1 R R A A và 2 1 2 2 2 1 R R E E (R1, R2 là khoảng cách tương ứng đến nguồn sóng). 3. Phân loại sóng: Dựa vào phương dao động của các phần tử và phương lan truyền của sóng người ta phân sóng thành hai loại là sóng dọc và sóng ngang. a. Sóng dọc: Là sóng có phương dao động của các phần tử trùng với phương truyền sóng. Sóng dọc có khả năng lan truyền trong cả 3 trạng thái của môi trường vật chất là Rắn, lỏng, khí. VD. Sóng âm khi truyền trong không khí hay trong chất lỏng là sóng dọc. b. Sóng ngang: Là sóng có phương dao động của các phần tử vuông góc với phương truyền sóng. Sóng ngang chỉ có thể lan truyền trong chất rắn và bề mặt chất lỏng, sóng ngang không lan truyền được trong chất lỏng và chất khí. VD. Sóng truyền trên mặt nước là sóng ngang. CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM Câu 392 . Chọn nhận xét sai về quá trình truyền sóng. A. Quá trình truyền sóng là quá trình lan truyền dao động trong môi trường vật chất theo thời gian. B. Quá trình truyền sóng là quá trình lan truyền trạng thái dao động trong môi trường truyền sóng theo thời gian. C. Quá trình truyền sóng là quá trình truyền năng lượng dao động trong môi trường truyền sóng theo thời gian. D. Quá trình truyền sóng là quá trình lan truyền phần tử vật chất trong môi trường truyền sóng theo thời gian. Câu 393 . Nhận xét nào là đúng về sóng cơ học: A. Sóng cơ học truyền trong môi trường chất lỏng thì chỉ truyền trên mặt thoáng. B. Sóng cơ học không truyền trong môi trường chân không và cả môi trường vật chất. C. Sóng cơ học truyền được trong tất cả các môi trường, kể cả môi trường chân không. D. Sóng cơ học chỉ truyền được trong môi trường vật chất, không thể truyền trong chân không. Câu 394 . Để phân loại sóng ngang và sóng dọc người ta căn cứ vào: A. Môi trường truyền sóng. B. Phương dao động của các phần tử vật chất. C. Vận tốc truyền của sóng. D. Phương dao động của các phần tử vật chất và phương truyền sóng. Câu 395 . Tìm phát biểu sai: A. Tần số sóng là tần số dao động của các phần tử sóng và cũng là tần số dao động của nguồn sóng. B. Biên độ sóng tại một điểm là biên độ dao động của phần tử sóng tại điểm đó. C. Vận tốc sóng là vận tốc lan truyền của sóng và cũng là vận tốc dao động của các phần tử sóng. D. Năng lượng sóng tại một điểm là năng lượng dao động của phần tử sóng tại điểm đó. Câu 396 . Sóng ngang: A. Chỉ truyền được trong chất rắn. B. Truyền được trong chất rắn và bề mặt chất lỏng. C. Không truyền được trong chất rắn. D. Truyền được trong chất rắn, chất lỏng và chất khí. Câu 397 . Điều nào sau đây là đúng khi nói về phương dao động của sóng ngang? A. Nằm theo phương ngang B. Vuông góc với phương truyền sóng C. Nằm theo phương thẳng đứng D. Trùng với phương truyền sóng Câu 398 . Điều nào sau đây là đng khi nói về phương dao động của sóng dọc? A. Nằm theo phương ngang B. Nằm theo phương thẳng đứng C. Theo phương truyền sóng D. Vuông góc với phương truyền sóng Câu 399 . Sóng dọc: A. Truyền được chất rắn, chất lỏng và chất khí. B. Có phương dao động vuông góc với phương truyền sóng. C. Truyền được qua chân không. D. Chỉ truyền được trong chất rắn. Câu 400 . Bước sóng của sóng cơ học là: A. Là quãng đường sóng truyền đi trong thời gian là 1 chu kỳ sóng. B. Là khoảng cách giữa hai điểm dao động đồng pha trên phương truyền sóng. C. Là quãng đường sóng truyền đi trong thời gian là 1 giây. D. Là khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm trên phương truyền sóng dao động vuoâng pha. Câu 401 . Nhận xét nào sau đây là đúng đối với quá trình truyền sóng: A. Vận tốc truyền sóng không phụ thuộc vào môi trường truyền sóng. B. Năng lượng sóng càng giảm dần khi sĩng truyền đi càng xa nguồn. C. Pha dao động không đổi trong quá trình truyền sóng. D. Vận tốc sóng khoâng phụ thuộc vào tần số của sóng. Câu 402 . Coi môi trường truyền sóng là lý tưởng. Nhận xét nào sau đây sai khi nói về quá trình truyền năng lượng của sự truyền sóng trong không gian từ một nguồn điểm. A. Khi sóng truyền trong mặt phaúng thì năng lượng sóng ở những điểm cách xa nguồn sẽ có năng lượng giãm tỉ lệ bậc nhất với khoảng cách. B. Khi sóng truyền trong không gian thì năng lượng sóng ở những điểm cách xa nguồn sẽ có năng lượng giãm tỉ lệ bậc hai với khoảng cách. C. Khi sóng truyền theo một phương thì năng lượng sóng ở những điểm cách xa nguồn sẽ có năng lượng không đổi và không phụ thuộc vào khoảng cách tới nguồn. D. Quá trình truyền sóng tất cả mọi điểm của môi trường vật chất đều có năng lượng như nhau Câu 403 . Chọn câu trả lời đúng. Khi một sóng cơ học truyền từ không khí vào nước thì đại lượng đặc trưng của sóng không thay đổi. A. Tần số B. Bước sóng. C. Vận tốc. D. Năng lượng Câu 404 . Một sóng cơ khi truyền trong môi trường 1 có bước sóng và vận tốc là 1 và v1. Khi truyền trong môi trường 2 có bước sóng và vận tốc là 2 và v2. Biểu thức nào sau đây là đúng: A. 2 = 1 B. 2 1 2 1 v v C. 2 1 1 2 v v D. v2 = v1 Câu 405 . Nhận xét nào sau đây là đúng. A. Khi có sóng truyền trên mặt nước thì các phần tử dao động trên mặt nước sẽ dao động cùng một trạng thái. B. Khi có sóng truyền trên mặt nước thì các phần tử trên mặt nước sẽ dao động cùng một tần số. C. Khi có sóng truyền trên mặt nước thì các phần tử dao động trên mặt nước sẽ dao động cùng một biên độ. D. Khi có sóng truyền trên mặt nước thì các phần tử dao động trên mặt nước sẽ dao động cùng một vận tốc. Câu 406 . Trong hiện tượng truyền sóng trên mặt nước do một nguồn sóng gây ra, nếu gọi bước sóng là , thì khoảng cách giữa n vòng tròn sóng (gợn nhô) liên tiếp nhau sẽ là. A. n. B. (n 1). C. 0,5n. D. (n + 1) Câu 407 . Một sóng cơ có tần số f, bước sóng lan truyền trong môi trường vật chất đàn hồi, khi đó tốc độ sóng được tính theo công thức A. v = f. B. v = f. C. v =f. D. v = 2f. Câu 408 . Tại điểm O trên mặt nước, có một nguồn sóng dao động theo phương thẳng đứng với chu kỳ T = 0,5s. Từ O có những gợn sóng tròn lan rộng ra xung quanh. Khoảng cách giữa hai gợn sóng kế tiếp là 2cm. Tìm vận tốc sóng. A. v = 16cms B. v = 8cms C. v = 4cms D. v = 2cms Câu 409 . Phương trình dao động của một nguồn phát sóng có dạng u = u0cos(100t). Trong khoảng thời gian 0,2s, sóng truyền được quãng đường: A. 10 lần bước sóng B. 4,5 lần bước sóng C. 1 bước sóng D. 5 lần bước sóng Câu 410 . Trong thời gian 12s một người quan sát thấy có 7 ngọn sóng đi qua trước mặt mình. Vận tốc truyền sóng là 2ms. Bước sóng có giá trị: A. 2m B. 4m C. 6m D. 1,71m. Câu 411 . Một quan sát viên đứng ở bờ biển nhận thấy rằng: khỏang cách giữa 5 ngọn sóng liên tiếp là 12m. Bước sóng là: A. 2m. B. 1,2m. C. 3m. D. 4m. Câu 412 . Một sóng âm truyền từ không khí vào nước, hãy lập tỷ lệ độ dài giữa bước sóng trong nước và trong không khí. Biết rằng vận tốc của âm trong nước là 1020 ms và trong không khí là 340ms. A. 0,33 lần B. 3 lần C. 1,5 lần D. 1 lần Câu 413 . Đầu A của một dây cao su căng ngang được làm cho dao động theo phương vuông góc với dây, chu kỳ 2s. Sau 4s, sóng truyền được 16m dọc theo dây. Bước sóng trên dây nhận giá trị nào? A. 8m B. 24m C. 4m D. 12m Câu 414 . Đầu A của một dây đàn hồi rất dài dao động với tần số ƒ = 10Hz. Vào một thời điểm nào đó người ta đo được khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm dao động đồng pha trên dây là 20cm. Vậy vận tốc truyền sóng trên dây là: A. 2ms B. 2cms C. 20cms D. 0,5cms. Câu 415 . Một người đứng trước vách núi và hét lớn thì sau thời gian 3s nghe được âm phản xạ. Biết tốc độ truyền âm trong không khí khoảng 350ms. Tính khoảng cách từ người đó đến vách núi. A. 1050m B. 525m C. 1150m D. 575m. Câu 416 . Một mũi nhọn S được gắn vào đầu A của một lá thép nằm ngang và chạm vào mặt nước. Khi lá thép dao động với tần số ƒ = 100Hz, S tạo ra trên mặt nước những vòng tròn đồng tâm, biết rằng khoảng cách giữa 11 gợn lồi liên tiếp là 10cm. Vận tốc truyền sóng trên mặt nước nhận giá trị nào trong các giá trị sau đây? A. v = 100cms B. v = 50cms C. v = 10ms D. v = 0,1ms Câu 417 . Một sóng âm có tần số f, bước sóng và biên độ sóng là A. Tốc độ cực đại của phân tử môi trường bằng 4 lần tốc độ truyền sóng khi: A. = 4A. B. = A2. C. = A. D. = A4. Câu 418 . Một sóng cơ truyền trên mặt thoáng của chất lỏng, O là nguồn sóng, M là điểm cách O đoạn 10cm, có biên độ sóng là AM = 5cm. Hỏi khi đó điểm N cách O đoạn 1000cm sẽ có biên độ bằng bao nhiêu? A. 5cm. B. 1cm. C. 0,5cm. D. 0,05cm. SÓNG
NĂNG LƯỢNG VẬN TỐC LỰC CĂNG DÂY I Con lắc đơn dao động tuần hoàn (0 > 100) Năng lượng: Xét lắc dây có độ dài l, vật nặng có khối lượng m, dao động với biên độ góc 0 Chọn gốc vị trí cân O - Thế năng: Et = mghB = mgl(1 - cos) - Năng lượng: E =Et max= mghmax= mgl(1 - cos0) (Năng lượng cực đại biên) - Động năng: Eđ = E – Et = 2 mv Eđ = mgl(cos - cos0) Eđ max = E = 2 mvmax = Et max = mgl(1 - cos0) (Năng lượng động cực đại VTCB) Vận tốc: Áp dụng định luật bảo toàn năng: E = EB = EA ( ) 122 B A A B mv mgh mgh v g h h Với cos cos hll hll B A (cos cos ) gl v (1) (1 cos ) max gl v VTCB vmin = vị trí biên Lực căng T dây treo: Xét vị trí B, hợp lực tác dụng lên nặng lực hướng tâm: Fht T P (2) Chiếu (2) lên hướng T ta được: Fht = maht = R v m =T - Pcos T = R v m +m.g.cos Thế R = l vào (1) (3) ta T = mg(3cos - 2cos0) Tmin =m.g.cos0 < P (tại vị trí biên) Tmax = mg(3 - 2cos0) > P (Tại vị trí cân bằng) Tmin