Bài 8: Mô tả sóng

I. THÍ NGHIỆM TẠO SÓNG MẶT NƯỚC

II. GIẢI THÍCH SỰ TẠO THÀNH SÓNG

Trong thí nghiệm Hình 8.1 các phần tử nước sát nguồn O dao động theo phương thẳng đứng. Nhờ có lực liên kết giữa các phần tử nước mà các phần tử nước ở điểm M lân cận điểm O dao động theo. Đến lượt các phần tử nước ở điểm N lân cận điểm M dao động. Ta nói có sự truyền dao động từ điểm này sang điểm khác tạo nên sóng mặt nước.

Như vậy, có hai nguyên nhân tạo nên sóng truyền trong một môi trường. Đó là nguồn dao động từ bên ngoài tác dụng lên môi trường tại điểm O và có lực liên kết giữa các phần tử của môi trường.

Các phần tử môi trường chỉ dao động trong một phạm vi không gian rất hẹp, trong khi sóng truyền đi rất xa.

Sự lệch pha của các phần tử môi trường trên phương truyền sóng

Giả sử có một sóng mặt nước hình sin lan truyền từ nguồn O theo phương Ox (Hình 8.3).

Tại thời điểm bắt đầu quan sát (t = 0) phần tử nước tại O bắt đầu đi lên, còn các điểm khác chưa dao động.

Tại \(t=\dfrac{T}{4}\) phần tử nước tại O đi lên đến vị trí biên, trong khi đó sóng truyền đến điểm M cách O một đoạn \(d=v.\dfrac{T}{4}=\dfrac{\lambda}{4}\). Phân tử nước tại M trễ pha hơn phần tử nước tại O là \(\dfrac{\pi}{2}\). Hình 8.3a cho biết hình dạng của sóng tại \(t=\dfrac{T}{4}\). Tại \(t=\dfrac{T}{2}\), phần tử nước tại O về đến vị trí cân bằng, phần tử nước tại M đi lên đến vị trí biên, còn sóng lan đến điểm N cách M một khoảng bằng \(\dfrac{\lambda}{2}\). Điểm N trễ pha hơn điểm M là \(\dfrac{\pi}{2}\), hay trễ pha hơn phần tử nước tại O là \(\pi\). Hình dạng sóng được mô tả ở Hình 8.3b.Tại \(t=\dfrac{3T}{4}\), \(t=T\), hình dạng của sóng được chỉ trên    Hình 8.3 c, d.

III. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CỦA SÓNG

• Biên độ sóng là độ lệch lớn nhất của phần tử sóng khỏi vị trí cân bằng. Sóng có biên độ càng lớn thì phần tử sóng dao động càng mạnh.
• Bước sóng là khoảng cách từ một phần tử môi trường bất kì trên phương truyền sóng đến phần tử gần nhất có trạng thái dao động hoàn toàn tương tự. Bước sóng được kí hiệu là \(\lambda\), đơn vị là mét.
• Chu kì sóng chính bằng chu kì dao động của phần tử sóng. Chu kì kí hiệu là \(T\), đơn vị là giây.
• Tần số sóng: đại lượng \(f=\dfrac{1}{T}\) được gọi là tần số sóng. 
• Tốc độ truyền sóng là tốc độ lan truyền dao động trong không gian.
• Giữa các đại lượng \(\lambda\), \(T\) (hay \(f\)) có mối liên hệ sau đây: \(\lambda=vT=\dfrac{v}{f}\).
• Cường độ sóng được định nghĩa là năng lượng sóng được truyền qua một đơn vị diện tích vuông góc với phương truyền sóng trong một đơn vị thời gian. Đơn vị cường độ sóng là W/m².