Lý thuyết Bài tập về sóng ngang, sóng dọc

A. Lí thuyết và phương pháp giải

- Sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng gọi là sóng ngang.

- Sóng ngang truyền được trong chất rắn và trên bề mặt chất lỏng.

- Sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương trùng với phương truyền sóng gọi là sóng dọc.

- Sóng dọc truyền được trong môi trường rắn, lỏng, khí

- Sóng cơ không truyền được trong chân không.

- Nguồn sóng là nguồn năng lượng. Sóng mang năng lượng của nguồn đến mọi nơi trên phương truyền sóng.

- Mọi sóng mang năng lượng đi xa mà không mang các phần tử vật chất đi cùng. Đó là điểm khác biệt căn bản giữa chuyển động của sóng và chuyển động của hạt.

- Quá trình truyền sóng là quá trình truyền năng lượng.

B. Ví dụ minh hoạ

Ví dụ 1: Một sóng dọc khi lan truyền trong không khí gây ra sự giãn/nén của các phân tử khí theo phương truyền sóng. Sóng này có thể được biểu diễn bằng mô hình sóng trên đồ thị li độ – khoảng cách như Hình vẽ. Các vùng giãn và nén trên hình sẽ thay đổi như thế nào sau 1/2 chu kì? Hãy biểu diễn các vùng đó.

Hướng dẫn giải

Sau 1/2 chu kì, đồ thị li độ – thời gian theo mô hình sóng của sóng dọc sẽ dịch đi một đoạn bằng 1/2 bước sóng.

Đối chiếu vùng nén tương ứng với biểu diễn li độ cực đại và vùng giãn với li độ cực tiểu, ta biểu diễn được các vùng nén, giãn của các phân tử khí sau 1/2 chu kì hình vẽ sau.

Ví dụ 2: Hãy xác định mỗi sóng sau đây là sóng ngang hay sóng dọc:

a) Sóng trên dây đàn ghita được gảy.

b) Sóng âm được tạo ra bởi một dây đàn ghita đang rung.

c) Sóng trên một lò xo với đầu lò xo có thể di chuyển tới lui dọc theo chiều dài của lò xo.

Hướng dẫn giải

a) Sóng ngang.

b) Sóng dọc.

c) Sóng dọc.

Ví dụ 3.  Âm thanh là sóng dọc có thể lan truyền qua các môi trường rắn. Tính tần số của một sóng âm có bước sóng 0,250 m truyền qua một tấm thép với tốc độ 5060 m/s.

Hướng dẫn giải

Tần số $\mathrm{f}=\frac{\mathrm{v}}{\mathrm{\lambda }}=\frac{5060}{0,25}=20{,2.10}^3 \text{Hz}$

Ví dụ 4. Một sóng âm được hiển thị trên màn của một dao động kí điện tử như hình vẽ. Bộ điều chỉnh thời gian được đặt sao cho giá trị của mỗi độ chia trên màn hình là 0,005 s. Xác định tần số của sóng âm.

Hướng dẫn giải

Dựa vào hình vẽ và dữ kiện bài thì chu kì T tương ứng với 3 ô nên T = 0,015 s

Tần số $\mathrm{f}=\frac{1}{\mathrm{T}}=\frac{1}{0,015}=67 \text{Hz}$