Một trong những kiến thức quan trọng trong môn Vật Lý lớp 12 là sóng dừng. Vậy sóng dừng là gì? Điều kiện xảy ra sóng dừng như thế nào? Chúng được ứng dụng vào đời sống thực tế ra sao? Hãy cùng thapgiainhietliangchi tham khảo bài viết dưới đây để tìm câu trả lời nhé.
Sóng dừng là gì?
Trong định nghĩa sóng dừng vật lý 12, sóng dừng còn được gọi là sóng đứng, sóng tĩnh là loại sóng dao động theo thời gian nhưng có biên độ đỉnh sóng trong không gian không di chuyển. Trong đó, biên độ đỉnh của dao động sóng ở bất cứ điểm nào trong không gian sẽ là một hằng số không đổi với thời gian.
Sóng dừng được tạo ra bởi sự giao thoa của 2 sóng ngược chiều, đó là sóng phản xạ và sóng tới tất cả được xét trên cùng một phương truyền. Kết quả quá trình giao thoa này tạo nên một hệ sóng và truyền theo cùng một phương hướng.
Ngoài ra, trong sóng dừng luôn có một điểm đứng yên gọi là nút và một số điểm lại luôn dao động với biên độ cực đại gọi là bụng.
Tính chất của sóng dừng
Trong phần trên chúng ta đã đi tìm hiểu về khái niệm sóng dừng là gì, vậy tính chất của chúng sẽ được thể hiện như thế nào? Cùng tìm hiểu rõ các thông tin về tính chất sóng dừng được cung cấp dưới đây:
- Điểm dao động với biên độ cực tiểu là nút sóng.
- Bụng sóng là điểm dao động với biên độ cực đại.
- Khoảng cách giữa 2 nút sóng hoặc 2 bụng sóng nằm vị trí liên tiếp nhau có độ dài là λ/2
- Hai nút sóng hay hai bụng sóng bất kỳ có khoảng cách là kλ/2
- Giữa bụng sóng và nút sóng liên tiếp có khoảng cách giữa là λ/4
- Một bụng sóng và một nút bất kỳ có khoảng cách được tính là: kλ/2+λ/4
- Nếu gọi a là biên độ dao động của nguồn thì biên độ dao động của bụng là 2a còn bề rộng của bụng sóng là 4a.
- Mọi điểm nằm ở 2 bên của một nút của sóng dừng đều có dao động ngược pha nhau.
- Sóng dừng sẽ không có sự lan truyền năng lượng và trạng thái dao động.
Như vậy ta có:
Tốc độ truyền sóng: v=λf=λ/T
Tần số dao động:
Ta có: l=kλ/2<=>f=(kv)/(2l)
fmin=v/(2l) ( Trong đó f min là tần số nhỏ nhất để xuất hiện sóng dừng của 2 đầu cố định trên sợi dây)
Trong trường hợp khi có 2 tần số liên tiếp tạo ra được sóng dừng mà bài yêu cầu tìm fmin. Ta có:
f1=fmin=v/(2l)
f2=2f1=(2v)/(2l)
f3=3f1=(3v)/(2l)
→f1=f3–f2
Vậy: fmin = fn+1– fn
Xem thêm: Sóng cơ là gì? Phân loại, các đặc trưng của sóng cơ
Điều kiện để xảy ra hiện tượng sóng dừng là gì?
Điều kiện để xảy ra hiện tượng sóng dừng sẽ là gì? Có 2 trường hợp để có thể xảy ra được hiện tượng này đó là:
Trường hợp 2 đầu là nút sóng (hai đầu cố định)
Ta có công thức sóng dừng như sau:
L=kλ/2 (k là số tự nhiên lớn hơn 0)
Trong đó:
- L: chiều dài dây; K ∈ N*
- λ: bước sóng
- k = số bụng sóng = số nút sóng – 1
Số bụng sóng = số bó sóng = k
Số nút sóng = k+1
Trường hợp một đầu là nút sóng còn một đầu là bụng sóng (một đầu cố định, một đầu tự do)
Ta có công thức sóng dừng như sau:
L=(2k+1)λ/4 (k là số tự nhiên lớn hơn 0)
Trong đó:
- L: chiều dài dây;
- λ: bước sóng
- K ∈ N; k = số bụng sóng – 1= số nút sóng – 1
- Mỗi đầu cố định của sóng dừng sẽ tương đương với 1 nút sóng
- Khoảng cách giữa hai bụng sóng liên tiếp = Khoảng cách giữa hai nút sóng liên tiếp= = λ/2
- Khoảng cách giữa bụng sóng và nút sóng đứng liên tiếp nhau = λ/4
Số bó sóng = k
Số bụng sóng = số nút sóng = k+1
Như vậy để tìm được tần số của sóng dùng ta có:
L=kλ/2 + λ/4
<=> l=λ(k/2+1/4)<=>l=(v/f)*(k/2+1/4)
→ f = (v/l)*(k/2+1/4) => f = ((2k+1)*v)/(4l)
fmin = v/(4l)
Đối với trường hợp có 2 tần số liên tiếp tạo ra được sóng dừng bài yêu cầu tìm fmin thì ta có:
f1 = fmin = v/(4l)
f2 = 3f1 = (3v)/(4l)
f3 = 5f1 = (5v)/(4l)
→ f1 = fmin = (f3-f2)/2
Lưu ý: Nếu đầu nào gắn với âm thoa hoặc cần rung thì đầu đó là nút còn thả tự do hoặc treo lơ lửng đó là bụng sóng.
Phương trình sóng dừng
Gọi hai đầu sóng của sóng dừng lần lượt theo thứ tự sẽ là A và B. Theo đó, ta có phương trình sóng dừng dưới đây.
Trường hợp cả đầu A và đầu B cố định
Ta có phương trình sóng dừng sau:
- Phương trình sóng tới và sóng phản xạ tại điểm B là:
- Phương trình sóng dừng tại điểm M cách một khoảng d so với điểm B:
- Biên độ dao động của phần tử tại M:
Đầu A cố định, đầu B tự do
- Phương trình sóng phản xạ và sóng tới tại B:
- Phương trình sóng dừng tại điểm M cách một khoảng d so với điểm B:
- Biên độ dao động của phần tử tại điểm M:
Xem thêm: Dao động tắt dần là gì? Nguyên nhân, ứng dụng, công thức tính
Ứng dụng của sóng dừng
Sóng dừng thường được ứng dụng vào những trường hợp sau:
- Đo bước sóng
- Đo tốc độ truyền sóng
Như vậy chúng ta đã tìm hiểu về sóng dừng là gì và những thông tin hữu ích liên quan. Hy vọng bài viết trên đây đã có thể giúp bạn trong quá trình tìm hiểu. Cảm ơn bạn đã quan tâm và theo dõi bài viết của chúng tôi.
