CHƯƠNG 7 : CHUYỂN ÐỘNG SÓNG
I. SÓNG VÀ CÁC ÐẶC TRƯNG CỦA SÓNG .
1. Sự hình thành sóng cơ trong môi trường vật chất.
2. Sóng ngang và sóng dọc.
3. Mặt sóng và mặt đầu sóng- Sóng cầu và sóng phẳng.
4. Các đặc trưng của sóng.
II. HÀM SÓNG.
III. NĂNG LƯỢNG CỦA SÓNG CƠ
1. Năng lượng của sóng.
2. Mật độ năng lượng sóng .
3. Năng thông sóng -Véctơ poynting-Ymob.
IV. SỰ GIAO THOA SÓNG
1. Nguyên lý chồng chất sóng.
2. Khảo sát sự giao thoa .
V. NGUYÊN LÝ HUYGENS VÀ HIỆN TƯỢNG NHIỄU XẠ SÓNG CƠ
1. Thí nghiệm .
2. Nguyên lý Huygens .
3. Cách vẽ mặt sóng.
4. Hiện tượng nhiễu xạ sóng cơ
VI. SÓNG ÐỨNG.
VII. DAO ÐỘNG ÂM VÀ SÓNG ÂM
1. Khái niệm mở đầu .
2. Các đặc điểm của sóng âm .
3. Phản xạ và hấp thụ âm.
4. Siêu âm và các ứng dụng của nó trong kỹ thuật.
VIII. HIỆU ỨNG DOPPLER .
Khi một phần tử trong môi trường vật chất dao động thì do tương tác, dao động có
thể truyền sang các phần tử khác và cứ thế truyền đi khắp môi trường, tạo thành sóng cơ.
Trong chương này ta sẽ nghiên cứu những tính chất của sóng cơ và những hiện tượng do
sóng cơ gây ra, đặc biệt là các hiện tượng giao thoa và nhiễu xạ.
I. SÓNG VÀ CÁC ÐẶC TRƯNG CỦA SÓNG

3. Mặt sóng và mặt đầu sóng. Sóng cầu và sóng phẳng
TOP
Quỹ tích những điểm trong môi trường sóng mà ở đó các dao động có cùng
giá trị pha được gọi là mặt sóng. Ứng với những giá trị pha khác nhau, ta có họ các mặt
sóng khác nhau.
Giới hạn giữa phần môi trường mà sóng đã truyền qua nhưng các phân tử môi
trường chưa dao động gọi là mặt đầu sóng. Dựa vào hình dạng mặt đầu sóng người ta
chia các sóng ra thành sóng cầu và sóng phẳng.
sóng là những đường thẳng song song nhau và thẳng góc với các mặt sóng (hình7.2b)
4. Các đặc trưng của sóng
TOP
a) Vận tốc sóng
Vận tốc sóng là quảng đường mà sóng truyền được sau một đơn vị thời gian. Trong
lý thuyết đàn hồi, người ta đã chứng minh được trong môi trường đẳng hướng, vận tốc
sóng dọc bằng:
b) Chu kỳ và tần số
Chu kỳ T và tần số f của sóng là chu kỳ và tần số của các phần tử dao động của
môi trường.
c) Bước sóng
II. HÀM SÓNG
TOP
Ta xét độ dời x của một phần tử môi trường dao động do sóng lan truyền đến
theo một phương xác định y (hình 7.4). Giả sử tại điểm O (y = 0) của môi trường đại
lượng dao động x biến thiên theo thời gian với quy luật:
Sóng đơn giản nhất là sóng phẳng đơn sắc. Ðó là sóng mà dao động tại mỗi
điểm là dao động điều hoà, một đại lượng x bất kỳ trong biểu thức đó được xác định theo
biểu thức:

Ðây chính là phương trình sóng đối với sóng truyền theo phương y.
Nếu sóng truyền trong khắp không gian và toạ độ các điểm dao động được xác


V. NGUYÊN LÝ HUYGENS VÀ HIỆN TƯỢNG NHIỄU XẠ
SÓNG CƠ
1. Thí nghiệm
TOP
2. Nguyên lý Huygens
TOP
Có một nguồn sóng O được bao quanh bởi một mặt kín tưởng tượng S (hình 7.9).
Những sóng phát ra từ mặt kín S sẽ đi ra ngoài qua toàn bộ các điểm của mặt này.
Năm 1860 Huygens đã đưa ra nguyên lý sau đây:
3. Cách vẽ mặt sóng
TOP
b) Cách vẽ mặt sóng phẳng
4. Hiện tượng nhiễu xạ sóng cơ
TOP
Giả sử một sóng phẳng truyền trong môi trường đồng chất và đẳng hướng
(Hình7.12). Trên phương truyền, sóng phẳng này gặp một chướng ngại vật là một vách
ngăn A. Trên vách ngăn có một lỗ nhỏ a, kích thước lớn hơn bước sóng của sóng phẳng.
VI. SÓNG ÐỨNG
TOP
Một trường hợp đặc biệt về kết quả giao thoa của hai sóng là hiện tượng sóng
đứng. Ðó là hiện tương giao thoa của hai sóng phẳng có cùng biên độ, truyền cùng
phương, nhưng theo chiều ngược nhau.
Biên độ của sóng tổng hợp được tính theo công thức
Ta lấy giá trị tuyệt đối vì theo định nghĩa, biên độ a phải dương. Công thức
(7.28) chứng tỏ biên độ của sóng tổng hợp chỉ phụ thuộc tọa độ y của các điểm trên
phương truyền sóng. Một sóng như vậy gọi là sóng đứng.
Ðể thấy rõ kết quả của sự tạo thành sóng đứng, ta xét biến thiên của biên độ tổng
hợp a theo tọa độ y. Biên độ tổng hợp a sẽ cực đại tại những điểm sao cho:
Vậy trên phương truyền sóng, tại những vị trí có tọa độ xác định bởi công thức

dụng được cho sóng âm.
Mỗi âm có một tần số riêng. Ðơn vị tần số là Hertz (viết tắt là Hz). Hertz là
tần số của một quá trình dao động âm mà cứ mỗi giây thực hiện được một dao động. Dao
động âm có tần số khoảng từ 20 - 20.000 Hz. Những dao động cơ có tần số dưới 20 Hz
gọi là hạ âm, trên 20.000 Hz gọi là siêu âm. Như vậy, sóng âm nghe được có bước sóng
từ 20m − 2cm.

Về phương diện vật lý, âm nghe được hay không nghe được không có gì khác
nhau về bản chất. Chúng chỉ khác nhau về phương diện sinh lý đối với tai ta.
Âm truyền theo những tia gọi là tia âm. Thực nghiệm chứng tỏ tia âm cũng có thể
bị phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ và hấp thụ như tia sáng. Khi tia âm truyền qua hai môi
trường có vận tốc truyền âm khác nhau thì ở mặt phân cách hai môi trường, một phần tia
âm bị phản xạ, một phần bị khúc xạ (Hình 7.16). Góc phản xạ bằng góc tới. Còn góc
khúc xạ lớn hơn hay nhỏ hơn góc tới là tùy thuộc vào vận tốc truyền âm trong hai môi
trừơng .Khi tia âm truyền từ môi trường có vận tốc lớn sang môi trường có vận tốc nhỏ
thì góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới (n1 < n2 ) (Hình 1.16a) và ngược lại (Hình 1.16b).

2. Các đặc điểm của sóng âm
TOP
Thực nghiệm xác nhận mọi vật rắn khi thực hiện những dao động nhỏ đều tạo ra
âm thanh. Một dây đàn được khảy, một chuông nhỏ được gõ, hai thanh đồng chạm nhau
đều tạo ra những âm thanh xác định.
a) Vận tốc truyền âm:
Sự truyền âm trong một môi trường đàn hồi không phải là tức thời ta có thể nhận
thấy ánh chớp trước khi nghe được tiếng sấm. Thực nghiệm chứng tỏ trong một môi
trường đồng chất và đẳng hướng thì âm thanh truyền với vận tốc không đổi. Vận tốc
truyền âm thay đổi khi truyền qua các môi trường khác nhau (chất rắn, chất lỏng hoặc
chất khí).
@Trong chất lỏng:
Người ta thấy là vận tốc truyền âm lớn hơn nhiều so với trong chất khí và không

Mỗi bộ âm giai gồm có 7 nốt nhạc (Do, Re, Mi, Fa, Sol, La, Si ). Hai nốt nhạc kế cận có
thể cách nhau hai bậc (2B) hoặc một bậc (1B) như trường hợp hai nốt Mi và Fa hoặc Si
và Do.
Sự chênh lệch về độ cao của một bậc được tính như sau:
Như vậy từ một nốt ở bộ này sang cùng một nốt đó ở bộ âm giai kế cao hơn thì
tần số tăng lên gấp đôi, còn khi chuyển sang cùng nốt đó ở bộ âm giai kế thấp hơn thì tần
số của nó giảm đi phân nửa.
3. Phản xạ và hấp thụ âm
TOP
Như đã biết, ở mặt phân cách hai môi trường, một phần âm bị phản xạ, còn
một phần âm bị khúc xạ vào môi trường thứ hai. Thực tế chứng tỏ rằng khi truyền trong
một môi trường, năng lượng của âm bị hấp thụ dần, nên âm bé dần đi rồi tắt hẳn. Sự phản
xạ và hấp thụ âm giữ một vai trò quan trọng trong sự truyền âm ở những nhà kín. Trong
rạp chiếu bóng, phòng hoà nhạc, nhà hát, âm phản xạ nhiều lần trên tường, trên trần. Mỗi
lần phản xạ, một phần năng lượng âm lại bị tường hấp thụ nên âm tắt dần. Sự phản xạ và
hấp thụ này quyết định đặc tính âm của nhà và được nghiên cứu trong một môn học riêng
gọi là âm học kiến trúc.
Muốn xác định đặc tính âm của một phòng, ta phải tính thời gian vang của
phòng ấy. Ðấy là thời gian cần thiết để năng lượng tăng giảm đi (vì phản xạ hấp thụ) còn
bằng một phần triệu giá trị ban đầu. Thời gian vang của một phòng diện tích S, thể tích
V, được tính bởi công thức:
4. Siêu âm và các ứng dụng của nó trong kỹ thuật
TOP
a) Siêu âm và nguồn phát siêu âm
Siêu âm là những âm có tần số lớn 20.000Hz. Tai ta không nghe được siêu
âm mà chỉ có một số sinh vật nhận biết được siêu âm. Thí dụ, muốn cho loa phát âm, ta
phải tác dụng lên màng loa một lực f tỷ lệ với gia tốc a của màng loa. Gia tốc dao động
của màng loa bằng:

Trích đoạn HIỆU ỨNG DOPPLER TOP

---