Bài giảng Âm thanh - Chương 1: Cơ sở về dao động, sóng cơ và sóng âm (Tiếp theo) cung cấp cho học viên những kiến thức về sóng cơ trên một sợi dây kéo căng; phương trình sóng và một số đặc trưng của sóng; bước sóng và số sóng; chu kỳ, tần số góc và tần số; vận tốc truyền sóng;... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!
Bồi dưỡng giáo viên giảng dạy Khoa học tự nhiên THCS ÂM THANH Phạm Đỗ Chung Bộ mơn Vật lí chất rắn – Điện tử Khoa Vật lí, ĐH Sư Phạm Hà Nội 136 Xuân Thủy, Cầu Giấy, Hà Nội PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 Khoa học tự nhiên THCS Chương 1: Cơ sở dao động, sóng sóng âm Cơ sở dao động Sóng sợi dây kéo căng PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 Sóng sợi dây kéo căng Sóng ngang Độ dịch chuyển (li độ) phần sợi dây vng góc với phương truyền sóng Dạng sóng tùy vào nguồn sóng PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 Sóng dọc Độ dịch chuyển (li độ) phần tử vật chất mơi trường truyền sóng song song với phương truyền sóng Fig 16-2 PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 Phương trình sóng số đặc trưng sóng y ym sin Sự lan truyền sóng ngang v t x 80 t y ( x, t ) = ym sin ( kx - wt ) Displacement (y): Amplitude (ym): Oscillating term: Phase: Angular wave number (k): Position Angular frequency: Time: PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 li độ sóng biên độ sóng thừa số dao động pha sóng số sóng tọa độ (vị trí) phần tử dao động tần số góc thời gian Hình 17-4 Hình ảnh sóng ngang thời điểm khác y ( x, t ) = ym sin ( kx - wt ) Biên độ: ym Pha sóng: kx - wt ® -1 £ sin ( kx - wt ) £ Hình 17-5 PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 Bước sóng số sóng y ( x, t ) = ym sin ( kx - wt ) y ( x,0) = ym sin ( kx ) ym sin ( kx1 ) = ym sin ( k ( x1 + l ) ) = ym sin ( kx1 + k l ) k l = 2p ® k = Bước sóng: l Số sóng: k Số sóng có ý nghĩa số dao động đơn vị độ dài (theo phương truyền sóng) PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 2p l Chu kỳ, tần số góc tần số y ( x, t ) = ym sin ( kx - wt ) y ( 0, t ) = ym sin ( -w t ) x=0 = - ym sin (w t ) - ym sin (w t1 ) = ym sin (w ( t1 + T ) ) Hình 17-6 = ym sin (w t1 + wT ) 2p w wT = 2p ® w = and f = = T T 2p Chu kì: Tần số góc: Tần số: T w f Tần số có ý nghĩa số dao động đơn vị thời gian PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 Pha ban đầu y ( x, t ) = ym sin ( kx - wt + f ) Pha ban đầu: f Pha ban đầu thêm vào phương trình sóng y(x,t) để mơ tả sóng khơng gốc tọa độ if f = ® y ( x = 0, t = 0) = ym sin ( + + 0) = Hình 17-7 t=0 t=0 However, if for example f =+ p pư ỉ ® y ( x = 0, t = ) = ym sin ỗ + + ữ 5ø è PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 Vận tốc truyền sóng v= w k = l T =lf Hình 17-8 v= l T Vận tốc truyền sóng quãng đường sóng ® one wavelength l moves past in one period T PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 chu kì (qng đường bước sóng) 10 Vận tốc truyền sóng v sin t x 80 t Chú ý pha sóng có dạng kx –wt sóng lan truyền theo chiều +x v sin t x 80 t Chú ý pha sóng có dạng kx +wt sóng lan truyền theo chiều -x PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 11 Tốc độ truyền sóng sợi dây t sin q F = (t sin q ) » t ( 2q ) = t q Ở where 2q = D R D R Dm = µD Gia tốc hướng tâm đoạn dây Centripetal acceleration of Hình 17-10 độ dài D string có element v2 a= R v= t µ Tốc độ truyền sóng Vận tốc truyền sóng sợi dây phụ thuộc vào khối lượng riêng dây hệ số đàn hồi sợi dây mà không phụ thuộc vào tần số góc hay biên độ sóng PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 12 Năng lượng sóng u=0 Động (K) sóng ngang dây Cực đại vị trí b Hình 17-12 Cực tiểu vị trí a Hình 17-12 u Thế (U) sóng ngang dây Hình 17-12 K =U = PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 Cực đại vị trí a Hình 17-12 Cực tiểu vị trí b Hình 17-12 Năng lượng sóng dạng động truyền dọc theo sợi dây Trên hình mơ tả lượng vị trí đầu sợi dây truyền tới khu vực lúc đầu dây đứng yên (tức có K=U=0) 13 Các hiệu ứng sóng Một sóng ln tn theo qui luật hiệu ứng sau: Phản xạ, Khúc xạ Nhiễu xạ Phản xạ tượng sóng quay ngược trở lại mơi trường truyền sóng tới đập vào biên mơi trường Góc phản xạ với góc tới sóng Hình vẽ biểu diễn sóng phẳng lan truyền mặt phẳng với điểm mặt sóng (đường thẳng) có pha dao động PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 14 Các hiệu ứng sóng Khúc xạ tượng sóng đổi hướng từ môi trường sang môi trường Trong tượng khúc xạ hướng truyền bước sóng hai mơi trường có tốc độ truyền sóng khác khác Điều đảm bảo cho tần số sóng khơng bị thay đổi PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 15 Các hiệu ứng sóng Nhiễu xạ tượng sóng vịng qua vật cản xuyên qua lỗ nhỏ vật cản Nhiễu xạ tính chất quan trọng sóng làm cho sóng có cách di chuyển khác hẳn với vật cụ thể có kích thước, khối lượng mà học sinh biết trước PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 16 Sự chồng chập hai sóng y ' ( x, t ) = y1 ( x, t ) + y2 ( x, t ) Hi hai sóng chồng lên li độ dao động điểm chồng chập tổng đại số li độ thành phần Hai sóng truyền độc lập không bị ảnh hưởng lẫn Hình 17-14 PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 17 Giao thoa sóng Cho sóng truyền sợi dây có phươn trình: y1 ( x, t ) = ym sin ( kx - wt ) and y2 ( x, t ) = ym sin ( kx - wt + f ) y ' ( x, t ) = y1 ( x, t ) + y2 ( x, t ) = ym sin ( kx - w t ) + ym sin ( kx - w t + f ) 1 sin a + sin b = 2sin (a + b ) cos (a + b ) 2 a = kx - w t b = kx - w t + f Hình 17-15 PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 18 ù ỉ é y ' ( x, t ) = ê ym cos f ú sin ç kx - w t + f ÷ û è ø ë Cùng pha Ngược pha Giao thoa sóng Lệch pha amplitude ù é y ' ( x, t ) = ê ym cos f ú û ë Hình 17-16 y ' ( x, t ) = if f = p y ' ( x, t ) = ym sin ( kx - wt ) if f = PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 19 Giao thoa sóng y1 ( x, t ) = ym1 sin ( kx - wt ) y2 ( x, t ) = ym sin ( kx - wt + f ) y ' ( x, t ) = ym ' sin ( kx - wt + b ) Hình 17-17 PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 Kết giao thoa bên tính cách sử dụng giản đồ vector 20 Sóng dừng Sóng dừng tạo thành từ giao thoa sóng tới sóng phản xạ Sóng Sóng nút antinodes Hình 17-19 y1 ( x, t ) = ym1 sin ( kx - wt ) y2 ( x, t ) = ym sin ( kx + wt ) y ' ( x, t ) = y1 ( x, t ) + y1 ( x, t ) = ym1 sin ( kx - wt ) + ym2 sin ( kx + wt ) a = kx - w t b = kx + w t PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 Sóng dừng có phương trình y ' ( x, t ) = [2 ym sin kx ] cos wt 21 a Sóng phản xạ biên (a) Khi sóng truyền tới đầu cố định (biên) sợi dây đầu dây tạo thành nút sóng ® Sóng tới sóng phản xạ trái dấu 2a (b) Khi sóng truyền tới đầu khơng cố định (biên) sợi dây đầu dây tạo thành bụng sóng ® Sóng tới sóng phản xạ dấu Hình 17-21 PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 22 Điều kiện tạo thành sóng dừng Sóng chạyÛ điểm sợi dây có biên độ (với điều kiện khơng bị hao phí lượng) Sóng dừngÛ biên độ sóng thay đổi theo tọa độ (vị trí dây Resonant Sóng dừng chỉWavelengths tồn dây số điều kiện đinh: Standing waves are set up if: Fig 16-23 l = L, L, 2L , = 2L , for n = 1, 2, 3, n Harmonic Series n = ® 1st harmonic f1 Resonant Frequencies Standing waves are set up if: n = ® 2nd harmonic f f = n = ® 3rd harmonic f PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 v l =n v với n = 1, 2, 3, , for 2L 23 .. .Chương 1: Cơ sở dao động, sóng sóng âm Cơ sở dao động Sóng sợi dây kéo căng PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 Sóng sợi dây kéo căng Sóng ngang Độ dịch chuyển (li độ) phần... sóng Dạng sóng tùy vào nguồn sóng PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 Sóng dọc Độ dịch chuyển (li độ) phần tử vật chất mơi trường truyền sóng song song với phương truyền sóng Fig 1 6-2 PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020... khác y ( x, t ) = ym sin ( kx - wt ) Biên độ: ym Pha sóng: kx - wt ® -1 £ sin ( kx - wt ) £ Hình 1 7-5 PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 Bước sóng số sóng y ( x, t ) = ym sin ( kx - wt ) y ( x,0) = ym sin (