Sóng dừng SVIP

1. SỰ PHẢN XẠ SÓNG

Quá trình phản xạ sóng trong trường hợp đầu dây cố định và đầu dây tự do

Khi gặp vật cản, sóng sẽ bị phản xạ. Sóng được truyền từ nguồn phát đến vật cản được gọi là sóng tới, sóng được truyền ngược lại từ vật cản được gọi là sóng phản xạ.

Sóng phản xạ có cùng tần số và bước sóng với sóng tới.

Trong trường hợp đầu dây cố định, tại điểm phản xạ, sóng phản xạ ngược pha với sóng tới; trong trường hợp đầu dây tự do, sóng phản xạ cùng pha với sóng tới.

2. HIỆN TƯỢNG SÓNG DỪNG

Sóng dừng là sóng có các nút sóng và bụng sóng cố định trong không gian.

Khi có hiện tượng sóng dừng, trên dây xuất hiện những điểm dao động với biên độ cực đại được gọi là bụng sóng và những điểm đứng yên được gọi là nút sóng.

Vị trí các bụng sóng được xác định bằng biểu thức:

\(d=\left(k+\dfrac{1}{2}\right)\dfrac{\lambda}{2}\) với $k$ = 0, 1, 2,...

Vị trí các nút sóng được xác định bằng biểu thức:

\(d=k\dfrac{\lambda}{2}\) với $k$ = 0, 1, 2,...

Trong đó $d$ là khoảng cách từ một điểm trên dây đến một dầu dây.

Bụng sóng và nút sóng xen kẽ và cách đều nhau. Dọc theo dây, hai nút sóng liên tiếp hoặc hai bụng sóng liên tiếp cách nhau một khoảng bằng nửa bước sóng.

Bụng sóng và nút sóng của sóng dừng

3. ĐIỀU KIỆN ĐỂ CÓ SÓNG DỪNG

➤ Trường hợp sợi dây có hai đầu cố định

Đối với dây có hai đầu cố định hoặc một đầu cố định và một đầu dao động với biên độ nhỏ, để quan sát được sóng dừng trên dây thì hai đầu dây phải tương ứng với hai nút sóng. Do đó, độ dài dây sẽ bằng một số nguyên lần nửa bước sóng của sóng lan truyền trên dây.

\(L=n\dfrac{\lambda}{2}=n\dfrac{v}{2f}\) với \(n=1,2,3,...\)

với $v$ là tốc độ truyền sóng trên dây.

Với $v$ là $L$ cố định, tần số $f$ của nguồn dao động phải thỏa mãn điều kiện:

\(f=n\dfrac{v}{2L}\)

Xét sóng âm, ta có:

+ Khi $n=1$: \(f_1=\dfrac{v}{2L}\) được gọi là họa âm bậc 1 (âm cơ bản)

+ Tổng quát: \(f_n=nf_1\) được gọi là họa âm bậc n.

Trường hợp hai đầu cố định thường gặp ở một số nhạc cụ như đàn guitar, đàn tranh, đàn bầu,... Chú ý là các nhạc cụ này đồng thời phát ra âm cơ bản và các họa âm.

Đàn guitar

➤ Trường hợp sợi dây có một đầu cố định, một đầu tự do

Đối với dây có một đầu tự do thì đầu tự do sẽ là một bụng sóng. Khi đó để quan sát được sóng dừng trên dây thì độ dài dây sẽ phải đáp ứng điều kiện:

\(L=\left(2n+1\right)\dfrac{\lambda}{4}=m\dfrac{v}{4f}\) với \(m=1,3,5,...\)

Với $v$ là $L$ cố định, tần số $f$ của nguồn dao động phải thỏa mãn điều kiện:

\(f=m\dfrac{v}{4L}\)

Xét sóng âm, ta có:

+ Khi $m=1$: \(f_1=\dfrac{v}{4L}\) được gọi là họa âm bậc 1 (âm cơ bản)

+ Tổng quát: \(f_m=mf_1\) được gọi là họa âm bậc m.

1. Sóng dừng là sóng có các nút sóng và bụng sóng cố định trong không gian.

2. Điều kiện để có sóng dừng:

- Dây có hai đầu cố định: chiều dài của sợi dây phải bằng một số nguyên lần nửa bước sóng.

\(L=n.\dfrac{\lambda}{2}\) \(\left(n=1,2,3,...\right)\)

- Dây có một đầu cố định, một đầu tự do: chiều dài của sợi dây phải bằng một số lẻ lần một phần tư bước sóng.

\(L=m\dfrac{\lambda}{4}\) \(\left(m=1,3,5,...\right)\)