Sóng dừng

Học Lớp

Administrator
Thành viên BQT
1. Phản xạ sóng
Khi sóng truyền đi nếu gặp vật cản thì nó sẽ bị phản xạ. Sóng phản xạ luôn cùng tần số và tốc độ truyền sóng với sóng tới.
+ Vật cản cố định:
phản xạ sóng dừng.png

⇒ Sóng phản xạ và sóng tới luôn ngược pha tải điểm phản xạ
+ Vật cản tự do:
phản xạ tự do.png

⇒ Sóng phản xạ luôn cùng pha với sóng tới tại điểm phản xạ.

2. Phương trình sóng dừng
Xét sợi dây có chiều dài ℓ, đầu A dao động với phương trình \(u_A = a\cos \omega t\); đầu B cố định
phương trình sóng dừng.png

Sóng tại M và B do A truyền đến:
\(\left\{\begin{matrix} u_{AM} = a\cos (\omega t - \frac{2 \pi (\ell - x)}{\lambda })\\ u_{AB} = a \cos (\omega t - \frac{2 \pi \ell}{\lambda }) \ \ \ \ \ \end{matrix}\right.\)

Sóng phản xạ tại B:
\(u_B = - u_{AB} = - a \cos (\omega t - \frac{2 \pi \ell}{\lambda })\)
\(u_B = a \cos (\omega t - \frac{2 \pi \ell}{\lambda } + \pi )\)

Sóng tại M do B phản xạ:
\(u_{BM} = a \cos (\omega t - \frac{2 \pi \ell}{\lambda } + \pi - \frac{2 \pi.x}{\lambda })\)
${u_{BM}} = a\cos \left( {\omega t + \pi - \frac{{2\pi }}{\lambda }\left( {\ell - x} \right)} \right)$
⇒ Sóng tổng hợp tại M: u$_{M}$ = u$_{AM}$ + u$_{BM}$

\(u_{M} = 2a\cos \left [ \frac{2 \pi x}{\lambda } - \frac{\pi }{2} \right ] \cos \left [ \omega t + \frac{\pi}{2} - \frac{2\pi \ell }{\lambda } \right ]\)
Tại M sóng có biên độ cực đại (bụng sóng) \(A_M = 2a \left | \cos \left ( \frac{2 \pi x}{\lambda } - \frac{\pi }{2} \right ) \right | = 2a\)
\(\Rightarrow \cos \left ( \frac{2\pi x}{\lambda } - \frac{\pi }{2}\right ) = \pm 1 \Rightarrow \frac{2\pi x}{\lambda } - \frac{\pi }{2} = k \pi\)
\(\Rightarrow x = \left ( k + \frac{1}{2} \right ) \frac{\lambda }{2} = (2k + 1) \frac{\lambda }{4}, \ \ k \in Z\)

Tại M sóng có biên độ cực tiểu (nút sóng)
\(A_M = 0 \Rightarrow \cos \left (\frac{2\pi x}{\lambda } - \frac{\pi }{2} \right ) = 0\)
\(\Rightarrow \frac{2\pi x}{\lambda } - \frac{\pi }{2} = \left ( k - \frac{1}{2} \right ) \pi \Rightarrow x = k\frac{\lambda }{2}, \ \ \ k \in Z\)
Vậy: Sóng dừng là sự giao thoa giữa sóng tới và sóng phản xạ trên cùng một phương hay sóng dừng là sóng có các nút và bụng cố định trong không gian.

3. Hình dạng sóng dừng
Sợi dây 2 đầu cố định
hình dạng sóng dừng.png

  • Số bó sóng: k
  • Số nút sóng: k + 1
  • Số bụng sóng: k
\(\Rightarrow \lambda = \frac{2\ell }{k} \Rightarrow \lambda _{max } = 2 \ell \ (Khi \ k = 1)\)
Điều kiện để có sóng dừng: \(\ell = k.\frac{\lambda }{2}\)

Sợi dây 1 đầu cố định, 1 đầu tự do
bài tập sóng dừng.png

  • Số bó sóng: k
  • Số nút sóng: k + 1
  • Số bụng sóng: k + 1
\(\lambda = \frac{4\ell}{2k + 1} \Rightarrow \lambda _{max} = 4 \ell \ (Khi \ k = 0)\)
Điều kiện để có sóng dừng: \(\ell = (2k + 1)\frac{\lambda }{4}\)
Ứng dụng: Đo tốc độ truyền sóng

4. Các dạng bài tập sóng dừng
 
Sửa lần cuối: