- Trang Chủ
- Vật lý
- Bài giảng Âm thanh - Chương 1: Cơ sở về dao động, sóng cơ và sóng âm (Tiếp theo)
Xem mẫu
- Bồi dưỡng giáo viên giảng dạy
Khoa học tự nhiên THCS
ÂM THANH
Phạm Đỗ Chung
Bộ môn 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 về dao động, sóng cơ và sóng âm
1. Cơ sở về dao động
2. Sóng cơ trên một sợi dây kéo căng
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 2
- Sóng cơ trên một sợi dây kéo căng
Sóng ngang
Độ dịch chuyển (li độ) của các phần trên sợi dây vuông
góc với phương truyền sóng.
Dạng sóng
tùy vào nguồn sóng
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 3
- Sóng dọc
Độ dịch chuyển (li độ) của các phần tử vật chất của môi trường truyền sóng song
song với phương truyền sóng.
Fig. 16-2
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 4
- Phương trình sóng và một số đặc trưng của sóng
Sự lan truyền một sóng ngang
y
v
ym
t
x
sin
80
t
y ( x, t ) = ym sin ( kx - wt )
Displacement (y): li độ của sóng
Amplitude (ym): biên độ sóng
Oscillating term: thừa số dao động
Phase: pha của sóng
Angular wave number (k): số sóng
Position tọa độ (vị trí) của Hình 17-4
phần tử dao động
Angular frequency: tần số góc
Time: thời gian
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 5
- Hình ảnh của một sóng ngang ở các thời điểm khác nhau
y ( x, t ) = ym sin ( kx - wt )
Biên độ: ym
Pha của sóng:
kx - wt ® -1 £ sin ( kx - wt ) £ 1
Hình 17-5
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 6
- Bước sóng và 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 )
2p
k l = 2p ® k =
l
Bước sóng: l
Số sóng: k
Số sóng có ý nghĩa là số dao động trong một đơn vị độ dài
(theo phương truyền sóng)
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 7
- Chu kỳ, tần số góc và 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 1 w
wT = 2p ® w = and f = =
T T 2p
Chu kì: T
Tần số góc: w
Tần số: f
Tần số có ý nghĩa là số dao động trong một đơn vị thời gian
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 8
- Pha ban đầu
Hình 17-7
y ( x, t ) = ym sin ( kx - wt + f )
t=0
Pha ban đầu: f
Pha ban đầu được thêm vào trong phương trình sóng
y(x,t) để mô tả một sóng không bắt đầu từ gốc tọa độ
t=0
if f = 0 ® y ( x = 0, t = 0) = ym sin ( 0 + 0 + 0) = 0
However, if for example
p æ pö
f =+ ® y ( x = 0, t = 0 ) = ym sin ç 0 + 0 + ÷ ¹ 0
5 è 5ø
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 9
- Vận tốc truyền sóng
w l
v= = =lf
k T
Hình 17-8
l Vận tốc truyền sóng là quãng đường sóng đi được trong
v= ® one wavelength l moves past in one period T
T một chu kì (quãng đường này chính là bước sóng)
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 10
- Vận tốc truyền sóng
v
t
x
sin
80
t
Chú ý nếu pha của sóng có dạng kx –wt thì sóng sẽ lan truyền theo chiều +x
v
t
x
sin
80
t
Chú ý nếu pha của sóng có dạng kx +wt thì sóng sẽ lan truyền theo chiều -x
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 11
- Tốc độ truyền sóng trên một sợi dây
D
F = 2 (t sin q ) » t ( 2q ) = t
q
t sin q R
D
Ở đó
where 2q =
R
Dm = µD
Gia tốc hướng tâm
Centripetal của đoạn dây
acceleration of
Hình 17-10 string có độ dài D
element
v2 t
a= v=
R µ
Tốc độ truyền sóng
Vận tốc truyền sóng trên một sợi dây phụ thuộc vào khối lượng riêng
của dây và hệ số đàn hồi của sợi dây mà không phụ thuộc vào tần số
góc hay biên độ của sóng.
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 12
- Năng lượng của sóng
u=0 Động năng (K) của sóng ngang trên dây
Cực đại ở vị trí b trên Hình 17-12
Cực tiểu ở vị trí a trên Hình 17-12
u
Thế năng (U) của sóng ngang trên dây
Cực đại ở vị trí a trên Hình 17-12
Hình 17-12 Cực tiểu ở vị trí b trên Hình 17-12
K =U = 0
Năng lượng của sóng dưới dạng thế năng và động
năng được truyền dọc theo sợi dây.
Trên hình mô tả năng lượng ở vị trí một đầu của
sợi dây được truyền tới khu vực lúc đầu dây đứng
yên (tức là có K=U=0)
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 13
- Các hiệu ứng của sóng
Một sóng bất kì sẽ luôn tuân theo qui luật của các hiệu ứng sau:
Phản xạ, Khúc xạ và Nhiễu xạ
Phản xạ là hiện
tượng sóng quay
ngược trở lại môi
trường truyền
sóng khi đi tới và
đập vào biên của
môi trường đó.
Góc phản xạ bằng
với góc tới của
sóng.
Hình vẽ biểu diễn một sóng phẳng lan truyền trên mặt phẳng với các điểm trên cùng một mặt sóng
(đường thẳng) có cùng pha dao động
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 14
- Các hiệu ứng của sóng
Khúc xạ là hiện tượng sóng đổi hướng khi đi từ môi trường này
sang môi trường kia.
Trong hiện tượng khúc xạ thì hướng truyền và bước sóng ở hai môi trường
có tốc độ truyền sóng khác nhau là khác nhau. Điều này đảm bảo cho tần
số của sóng không bị thay đổi.
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 15
- Các hiệu ứng của sóng
Nhiễu xạ là hiện tượng sóng đi vòng qua một vật cản hoặc đi
xuyên qua một lỗ nhỏ trên vật cản
Nhiễu xạ là một tính chất quan trọng của sóng làm cho sóng có
cách di chuyển khác hẳn với những vật cụ thể có kích thước, khối
lượng mà học sinh vẫn biết trước kia.
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 nhau thì li độ của dao động
tại điểm chồng chập là tổng đại số của từng li độ
thành phần
Hai sóng được truyền độc lập và không bị ảnh
hưởng lẫn nhau.
Hình 17-14
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 17
- Giao thoa của sóng
Cho 2 sóng cùng truyền trên một sợi dây có phươn trình:
y1 ( x, t ) = ym sin ( kx - wt ) and
và 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 1 a = kx - w t
sin a + sin b = 2sin (a + b ) cos (a + b )
2 2 b = kx - w t + f
Hình 17-15
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 18
- Giao thoa của sóng
é 1 ù æ 1 ö
y ' ( x, t ) = ê 2 ym cos f ú sin ç kx - w t + f ÷
ë 2 û è 2 ø
Cùng pha Ngược pha Lệch pha
amplitude
é 1 ù
y ' ( x, t ) = ê 2 ym cos f ú
ë 2 û
Hình 17-16
y ' ( x, t ) = 0 if f = p
y ' ( x, t ) = 2 ym sin ( kx - wt ) if f = 0
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 19
- Giao thoa của sóng
y1 ( x, t ) = ym1 sin ( kx - wt )
y2 ( x, t ) = ym 2 sin ( kx - wt + f )
y ' ( x, t ) = ym ' sin ( kx - wt + b )
Kết quả giao thoa bên trên được tính bằng cách sử
dụng giản đồ vector
Hình 17-17
PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 20
nguon tai.lieu . vn
