Sóng dừng là gì ? Cách xác định nút sóng, bụng sóng hay, chi tiết

I. Sự phản xạ của sóng

Quảng cáo

Khi sóng cơ truyền đến biên của một thiên nhiên và môi trường thì tại vị trí biên này sóng bị phản xạ. Khi sóng truyền trên dây thì sóng cơ bị phản xạ tại đầu dây .

II. Sóng dừng

1. Khái niệm: Sóng dừng là sóng được hình thành do sự giao thoa của 2 sóng ngược chiều (thường là sóng tới và sóng phản xạ), tạo ra các điểm không dao động (điểm nút) và những điểm dao động với biên độ cực đại (điểm bụng).

2. Giải thích ý nghĩa của sóng dừng:

Khảo sát nguyên do xê dịch của những thành phần trong một bó sóng :

+ Tại nút sóng ( N ) : Lực đàn hồi giữa 2 thành phần bên cạnh công dụng vào thành phần N luôn đối nhau ( T = – T ‘ ). Do vậy hợp lực tại điểm N bằng 0 nên N luôn đứng yên .
+ Tại bụng sóng ( B ) : Lực đàn hồi giữa 2 thành phần bên cạnh tính năng vào thành phần B có giá trị bằng nhau ( T = T ’ ) và tạo ra hợp lực có phương luôn hướng về VTCB của B nên B xê dịch .
+ Tại thành phần giữa bụng và nút ( M ) : Lực đàn hồi giữa 2 thành phần bên cạnh công dụng vào thành phần M có độ lớn khác nhau ( T > T ‘ ). Do vậy hợp lực tại M khác 0, hướng về phần tử gần nút hơn ( P. ). Do vậy mà ta xem như điểm P. truyền giao động cho M .

* Nhận xét:

Tại những điểm nút và bụng thì những lực công dụng lên nó có độ lớn bằng nhau, điều đó có nghĩa là những thành phần bên cạnh không truyền xê dịch cho nó. Trong khi đó, những thành phần giữa bụng và nút luôn có những lực tính năng lên nó có độ lớn khác nhau nên ta xem như nó được truyền giao động. Hay nói cách khác, nguồn năng lượng không hề truyền qua những nút và những bụng, chỉ truyền trong khoanh vùng phạm vi từ nút tới bụng nên mới gọi là sóng dừng .

3. Các tính chất chung của sóng dừng:

+ Bụng sóng: là những điểm dao động với biên độ cực đại:

Gọi A là biên độ xê dịch của nguồn thì biên độ xê dịch của bụng là 2A, bề rộng của bụng sóng là 4A .

+ Nút sóng: là điểm đứng yên, không dao động.

+ Bó sóng: là tập hợp những điểm dao động giữa 2 nút liên tiếp.

Các điểm giao động trong 1 bó luôn luôn cùng pha .
Các điểm giao động thuộc 2 bó liên tục luôn ngược pha .
+ Khoảng thời hạn ngắn nhất ( giữa 2 lần liên tục ) để dây duỗi thẳng là Δt = 0,5 T .

Quảng cáo

* Lưu ý:

– Sóng dừng được tạo bởi sự rung của nam châm hút điện với tần số dòng điện f thì tần số sóng là 2 f .
– Khi cho dòng điện có tần số f chạy trong dây sắt kẽm kim loại, dây sắt kẽm kim loại được đặt giữa 2 cực của nam châm từ thì sóng dừng trên dây sẽ có tần số là f .
– Mọi điểm nằm giữa 2 nút liên tục của sóng dừng đều xê dịch cùng pha và có biên độ không đổi khác nhau .
– Mọi điểm nằm 2 bên của 1 nút của sóng dừng đều giao động ngược pha .
– Nếu đầu sợi dây được nối với âm thoa thì ta xem đầu sợi dây là nút .

– Sóng dừng không có sự lan truyền năng lượng và không có sự lan truyền trạng thái dao động.

4. Các tính chất của sóng dừng phụ thuộc vào trạng thái tự do hoặc cố định ở 2 đầu dây có sóng dừng.

5. Biểu thức sóng dừng trên dây: Xét sợi dây AB có chiều dài l có đầu A gắn với nguồn dao động, phương trình dao động tại A là: uA = acos(ωt + Φ). M là 1 điểm bất kì trên AB cách A một khoảng là d. Coi a là không đổi.

a) Trường hợp đầu B cố định.

– Sóng từ A truyền tới M là : uAM = acos ( ωt + Φ – 2 πd / λ ) ;
sóng từ A truyền tới B là : uAB = acos ( ωt + Φ – 2 πL / λ )
– Sóng phản xạ tại B là : uB = – uAB = – acos ( ωt + Φ – 2 πL / λ ) = acos ( ωt + Φ – 2 πL / λ – π )
– Sóng phản xạ từ B truyền đến M là : uBM = acos ( ωt + Φ – 2 π ( L-d ) / λ – π )
– Phương trình sóng dừng tại M là :
uM = uAM + uBM = 2 a cos ( ωt + Φ – 2 π ( L-d ) / λ – π / 2 ) cos ( ωt + Φ – 2 πL / λ – π )
=> Biên độ sóng dừng tại M là :

( Với x = ( d – l ) là khoảng cách từ điểm cần xét đến 1 nút nào đó của sóng dừng ) .

Quảng cáo

b) Trường hợp đầu B tự do.

– Sóng từ A truyền tới M là : uAM = acos ( ωt + Φ – 2 πd / λ ) ;
– Sóng từ A truyền tới B là : uAB = acos ( ωt + Φ – 2 πL / λ )
– Sóng phản xạ tại B là : uB = uAB = acos ( ωt + Φ – 2 πL / λ ) ( Vì sóng tới B cùng pha với sóng phản xạ khi B là đầu tự do ) .
– Sóng phản xạ từ B truyền đến M là : uBM = acos ( ωt + Φ – 2 π ( L-d ) / λ – π )
– Phương trình sóng dừng tại M là : uM = uAM + uBM = 2 a cos ( ωt + Φ – 2 π ( L-d ) / λ – π ) cos ( ωt + Φ – 2 πL / λ – π )

=>Biên độ sóng dừng tại M là:

( Với x = ( d – l ) là khoảng cách từ điểm cần xét đến 1 bụng nào đó của sóng dừng ) .
Kết luận : Như vậy khi bài toán nhu yếu tìm biên độ sóng dừng tại 1 điểm ta phải chú ý quan tâm :
* Nếu bài cho khoảng cách từ điểm đó đến nút sóng bất kể ta dùng công thức :
A = 2 a | sin ( 2 πx / λ ) | ( 1 )
* Nếu bài cho khoảng cách từ điểm đó đến bụng sóng ta dùng công thức :
A = 2 a | cos ( 2 πx / λ ) | ( 2 )
* Sóng dừng có biên độ bụng sóng là 2 a thì những điểm cách đều nhau liên tục ( không kể bụng và nút ) có cùng biên độ giao động sẽ cách nhau 1 khoảng chừng nhỏ nhất là λ / 4 và cùng biên độ a √ 2 .

Xem thêm các phần tóm tắt lý thuyết Vật Lí lớp 12 ngắn gọn, chi tiết khác:

Giới thiệu kênh Youtube VietJack

Ngân hàng trắc nghiệm miễn phí ôn thi THPT Quốc Gia tại khoahoc.vietjack.com

song-co-va-song-am.jsp

Source: https://thcsbevandan.edu.vn
Category : Phương pháp học tập