Chơng 2:Sóng cơ học. ÂM HọC 1. Sóng cơ học: a. Khái niệm: Sóng Là những dao động cơ học lan truyền trong môi trờng vật chất theo thời gian ngang Là sóng có phơng dao động vuông góc với phơng truyền sóng dọc Là sóng có phơng dao động trùng với phơng truyền sóng. b. Các đại lợng đặc trng cho sóng: Đại lợng Khái niệm Biểu thức. Chu kì sóng Là khoảng thời gian ngắn nhất mỗi phần tử môi trờng có sóng truyền qua thực hiện một dao động. 1 T f = Tần số sóng Là số dao động mà mỗi phần tử môi trờng thực hiện đợc trong một đơn vị thời gian. Bớc sóng +Là khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm trên cùng một phơng truyền sóng dao động cùng pha với nhau. + Là quãng đờng mà sóng truyền đi đợc trong thời gian một chu kì dao động của sóng. v T = v vT f = = Vận tốc sóng Là vận tốc truyền pha dao động. Biên độ sóng Biên độ sóng là biên độ dao động của phần tử vật chất tại điểm khảo sát khi có sóng truyền qua. - Những phần tử càng xa nguồn, năng lợng mà sóng truyền tới càng nhỏ. + Sóng là sóng cầu: Năng lợng truyển sóng ( giảm) tỉ lệ nghịch với bình phơng khoảng cách tới nguồn. + Sóng là sóng phẳng: Năng lợng truyền sóng( giảm) tỉ lệ nghịch với khoảng tới nguồn. + Sóng truyền trên một đờng thẳng thì năng lợng truyển qua mọi điểm là nh nhau. Năng lợng sóng + Sóng làm cho các phần tử môi trờng có sóng truyền qua dao động nên sóng mang năng lợng. + Quá trình truyền sóng là quá trình truyền năng lợng. 2. Âm học: a. Dao động âm và sóng âm: - Dao động âm là dao động cơ học có tần số từ 16 Hz 20 000 Hz ( 20 kHz). - Sóng âm là sóng cơ học có tần số từ 16 Hz 20 000Hz. - Sóng siêu âm: là sóng có tần số f > 20 kHz. Có một số loài vật nh: Cào cào; Dơi; Cá voi. Có thể phát ra và cảm nhận đợc sóng siều âm. - Sóng hạ âm: là sóng có tần số f < 16 Hz. Tai ngời không thể cảm nhận đợc sóng hạ âm và sóng siêu âm hay sóng siêu âm và sóng hạ âm không gây ra cảm giác âm đối với tai ta. b. Môi trờng truyền âm. Vận tốc âm: - Môi trờng truyền âm: + Âm truyền đợc trong mọi môi trờng vật chất đàn hồi: rắn, lỏng, khí + Âm không truyền đợc trong chân không. - Vận tốc: + Phụ thuộc vào tính đàn hồi và mật độ của môi trờng, nhiệt độ của môi trờng: v rắn > v lỏng > v khí . + Các chất nhẹ, mềm, xốp truyền âm kém. Chú ý: Khi sóng truyền qua hai môi trờng có tính chất khác nhau thì vận tốc thay đổi nên bớc sóng cũng thay đổi. Tuy nhiên chu kỳ T, tần số f và tốc độ góc thì không đổi. c. Các đặc trng vật lí của âm: - Tần số: f = 16 Hz 20 kHz. - Vận tốc âm khoảng 340 m/s trong không khí đến vài nghìn m/s trong chất rắn. - Bớc sóng: v vT f = = (m). - Năng lợng âm Cờng độ âm Mức cờng độ âm: + Cờng độ âm (I): tại 1 điểm là năng lợng truyền trong một đơn vị thời gian qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phơng truyền âm. Đơn vị : W/m 2 . + Mức cờng độ âm(L): là đại lợng đo bằng log của tỷ lệ số giữa cờng độ I tại điểm đang xét và cờng độ âm chuẩn I 0 của âm ( I 0 = 10 12 W/m 2 ) 0 ( ) lg I L B I = Mức cờng độ âm có đơn vị là: Ben (B), đơn vị khác là dexiBen (dB): 1 1 10 dB B = 0 ( ) 10 lg I L dB I = d. Các đặc tính sinh lí của âm: + Độ cao của âm: là đặc tính sinh lí của âm, nó phụ thuộc vào đặc tính vật lí của âm là tần số. - Nếu f nhỏ: Âm là âm trầm. - Nếu f lớn: Âm là âm cao (bổng). + Âm sắc: Là đặc tính sinh lí của âm, nó phụ thuộc vào đặc tính vật lí của âm là biên độ và tần số. + Độ to của âm: là đặc tính sinh lí của âm, nó phụ thuộc vào đặc tính vật lí của âm là mức cờng độ âm L và tần số âm. e. Ngỡng nghe, ngỡng đau và miền nghe đợc: - Ngỡng nghe: Muốn gây cảm giác âm thì cờng độ âm phải lớn hơn giá trị cực tiểu nào đó gọi là ngỡng nghe. + ngỡng nghe phụ thuộc vào tần số: Cụ thể khi f = 100 Hz thì ngỡng nghe I = 10 12 W/m 2 ; Khi tần số f = 50 Hz thì ngỡng nghe I = 10 7 W/m 2 . + Tai ngời rất thính với những âm thanh có tần số f = 1000 5000 Hz mà giọng nói của phụ nữ có tần số nằm trong khoảng này nên các đài phát thanh thờng dùng phát thanh viên là nữ. + Âm cao nghe rõ hơn âm trầm. - Ngỡng đau: Khi cờng độ âm 10I W/m 2 với mọi tần số của sóng âm, tai ta có một cảm giác đau đớn, nhức nhối gọi là ngỡng đau. - Miền nghe đợc: Miền từ ngỡng nghe đến ngỡng đau gọi là miền nghe đợc. f. Nguồn âm và hộp cộng hởng: - Nguồn âm: là những vật dao động phát ra âm thanh. VD: dây đàn rung động, cột không khí trong cây sáo, kèn trống, mõ - Hộp cộng hởng: Hộp rỗng có khả năng cộng hởng đối với nhiều tần số khác nhau. 3. Hiện tợng giao thoa và sóng dừng: a. Hiện tợng giao thoa: - Hai sóng kết hợp: là hai sóng có cùng tần số, cùng pha hoặc có độ lệch pha không đổi. - Định nghĩa hiện tợng giao thoa: là sự tổng hợp hai hay nhiều sóng kết hợp trong không gian, trong đó có những chỗ cố định biên độ sóng đợc tăng cờng hoặc giảm bớt. + Độ lệch pha của hai sóng truyền từ hai nguồn truyền tới một điểm M là: 2 1 2 2 d d d = = - Điểm có biên độ cực đại khi: 2 1 2k d d k = = 0, 1, 2, 3 .k = - Điểm có biên độ cực tiểu khi: ( ) ( ) 2 1 2 1 2 1 2 k d d k = + = + 0, 1, 2, 3 .k = b. Sóng dừng: Sóng có các nút và bụng cố định trong không gian. - Những điểm cách đầu cố định một số nguyên lần nửa bớc sóng thì là một nút sóng. 2 x k = - Những điểm cách đầu cố định một số lẻ lần 1 4 bớc sóng thì là một bụng sóng: ( ) 2 1 4 x k = + II. Các dạng toán thờng gặp: Dạng 1: Viết phơng trình sóng tại điểm M trên phơng truyền sóng các nguồn O đoạn x = OM. Dạng 2: Xác định trạng thái dao động của điểm M (Cực đại hay cực tiểu) bất kì trong miền giao thoa hai sóng. Dạng 3: Giao thoa với hai nguồn kết hợp S 1 và S 2 . Tìm số gợn lồi (số dao động cực đại) và số gợn lõm (số dao động cực tiểu) trên S 1 S 2 . Dạng 4: Xác định điều kiện để có sóng dừng. Suy ra số điểm bụng, số điểm nút. . giữa cờng độ I tại điểm đang xét và cờng độ âm chuẩn I 0 của âm ( I 0 = 10 12 W/m 2 ) 0 ( ) lg I L B I = Mức cờng độ âm có đơn vị là: Ben (B), đơn vị khác. ngỡng nghe phụ thuộc vào tần số: Cụ thể khi f = 100 Hz thì ngỡng nghe I = 10 12 W/m 2 ; Khi tần số f = 50 Hz thì ngỡng nghe I = 10 7 W/m 2 . + Tai ngời