Bài giảng Âm thanh - Chương 1: Cơ sở về dao động, sóng cơ và sóng âm (Phần 2) - Phạm Đỗ Chung

Nội dung text: Bài giảng Âm thanh - Chương 1: Cơ sở về dao động, sóng cơ và sóng âm (Phần 2) - Phạm Đỗ Chung

1. Bồi dưỡng giáo viên giảng dạy Khoa học tự nhiên THCS ÂM THANH Phạm Đỗ Chung Bộ môn Vật lí chất rắn – Điện tử Khoa Vật lí, ĐH Sư Phạm Hà Nội 136 Xuân Thủy, Cầu Giấy, Hà Nội PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 Khoa học tự nhiên THCS
2. Chương 1: Cơ sở về dao động, sóng cơ và sóng âm 1. Cơ sở về dao động 2. Sóng cơ trên một sợi dây kéo căng PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 2
3. Sóng cơ trên một sợi dây kéo căng Sóng ngang Độ dịch chuyển (li độ) của các phần trên sợi dây vuông góc với phương truyền sóng. Dạng sóng tùy vào nguồn sóng PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 3
4. Sóng dọc Độ dịch chuyển (li độ) của các phần tử vật chất của môi trường truyền sóng song song với phương truyền sóng. Fig. 16-2 PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 4
5. Phương trình sóng và một số đặc trưng của sóng y Sự lan truyền một sóng ngang v ym t sin 80 x t yxt( ,sin) = ym ( kx-w t) Displacement (y): li độ của sóng Amplitude (ym): biên độ sóng Oscillating term: thừa số dao động Phase: pha của sóng Angular wave number (k): số sóng Position tọa độ (vị trí) của Hình 17-4 phần tử dao động Angular frequency: tần số góc Time: thời gian PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 5
6. Hình ảnh của một sóng ngang ở các thời điểm khác nhau yxt( ,sin) = ym ( kx-w t) Biên độ: ym Pha của sóng: kx-®-£ww t1sin( kx - t) £ 1 Hình 17-5 PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 6
7. Bước sóng và số sóng yxt( ,sin) = ym ( kx-w t) yx( ,0) = ym sin( kx) ykxykxmmsin( 11) =+ sin ( ( l)) =+ykxkm sin( 1 l) 2p klp= 2 ® k = l Bước sóng: l Số sóng: k Số sóng có ý nghĩa là số dao động trong một đơn vị độ dài (theo phương truyền sóng) PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 7
8. Chu kỳ, tần số góc và tần số yxt( ,sin) = ym ( kx-w t) yt(0,) = ym sin(-w t) x= 0 = -ytm sin(w ) - ytytTmmsin(ww11) =+ sin ( ( )) Hình 17-6 =+ytTm sin (ww1 ) 2p 1 w wpT = 2 ® w = and f == T T 2p Chu kì: T Tần số góc: w Tần số: f Tần số có ý nghĩa là số dao động trong một đơn vị thời gian PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 8
9. Pha ban đầu Hình 17-7 yxt( ,sin) = ym ( kx-wf t+ ) t = 0 Pha ban đầu: f Pha ban đầu được thêm vào trong phương trình sóng y(x,t) để mô tả một sóng không bắt đầu từ gốc tọa độ t = 0 if f = 0® yx( === 0, t 0) ym sin( 0 ++= 0 0) 0 However, if for example ppæö f =+ ® yx( ===0, t 0) ym sinç÷ 0 ++ 0¹ 0 55èø PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 9
10. Vận tốc truyền sóng wl vf===l kT Hình 17-8 l vT= ® oneVận tốcwavelengthtruyền sóng llà movesquãng đường past insóng oneđi periodđược trong T một chu kì (quãng đường này chính là bước sóng) PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 10
11. Vận tốc truyền sóng v t sin 80 x t Chú ý nếu pha của sóng có dạng kx –wt thì sóng sẽ lan truyền theo chiều +x v t sin 80 x t Chú ý nếu pha của sóng có dạng kx +wt thì sóng sẽ lan truyền theo chiều -x PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 11
12. Tốc độ truyền sóng trên một sợi dây D F = 2sin(tqtqt) » ( 2) = tqsin q R D Ởwhere đó 2q = R Dm = µD GiaCentripetaltốc hướng tâmaccelerationcủa đoạn dây of Hình 17-10 string cóelementđộ dài D 2 v t a = v = R µ Tốc độ truyền sóng Vận tốc truyền sóng trên một sợi dây phụ thuộc vào khối lượng riêng của dây và hệ số đàn hồi của sợi dây mà không phụ thuộc vào tần số góc hay biên độ của sóng. PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 12
13. Năng lượng của sóng u = 0 Động năng (K) của sóng ngang trên dây Cực đại ở vị trí b trên Hình 17-12 Cực tiểu ở vị trí a trên Hình 17-12 u Thế năng (U) của sóng ngang trên dây Cực đại ở vị trí a trên Hình 17-12 Hình 17-12 Cực tiểu ở vị trí b trên Hình 17-12 KU==0 Năng lượng của sóng dưới dạng thế năng và động năng được truyền dọc theo sợi dây. Trên hình mô tả năng lượng ở vị trí một đầu của sợi dây được truyền tới khu vực lúc đầu dây đứng yên (tức là có K=U=0) PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 13
14. Các hiệu ứng của sóng Một sóng bất kì sẽ luôn tuân theo qui luật của các hiệu ứng sau: Phản xạ, Khúc xạ và Nhiễu xạ Phản xạ là hiện tượng sóng quay ngược trở lại môi trường truyền sóng khi đi tới và đập vào biên của môi trường đó. Góc phản xạ bằng với góc tới của sóng. Hình vẽ biểu diễn một sóng phẳng lan truyền trên mặt phẳng với các điểm trên cùng một mặt sóng (đường thẳng) có cùng pha dao động PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 14
15. Các hiệu ứng của sóng Khúc xạ là hiện tượng sóng đổi hướng khi đi từ môi trường này sang môi trường kia. Trong hiện tượng khúc xạ thì hướng truyền và bước sóng ở hai môi trường có tốc độ truyền sóng khác nhau là khác nhau. Điều này đảm bảo cho tần số của sóng không bị thay đổi. PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 15
16. Các hiệu ứng của sóng Nhiễu xạ là hiện tượng sóng đi vòng qua một vật cản hoặc đi xuyên qua một lỗ nhỏ trên vật cản Nhiễu xạ là một tính chất quan trọng của sóng làm cho sóng có cách di chuyển khác hẳn với những vật cụ thể có kích thước, khối lượng mà học sinh vẫn biết trước kia. PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 16
17. Sự chồng chập hai sóng yxt',( ) =+ yxtyxt12( ,) ( ,) Hi hai sóng chồng lên nhau thì li độ của dao động tại điểm chồng chập là tổng đại số của từng li độ thành phần Hai sóng được truyền độc lập và không bị ảnh hưởng lẫn nhau. Hình 17-14 PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 17
18. Giao thoa của sóng Cho 2 sóng cùng truyền trên một sợi dây có phươn trình: và yxt12( ,sin) = ymm( kxt-wwf) and yxt( ,sin) = y( kxt- + ) yxt',( ) =+ yxtyxt12( ,) ( ,) = ykxtykxtmm sin( -wwf) + sin( - + ) 11 aw= kx- t sinab+= sin 2sin( abab +) cos ( +) 22 bwf= kx- t + Hình 17-15 PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 18
19. Giao thoa của sóng éùæö11 y'( x , t) = 2 ym cosfwf sin ç÷ kx- t + ëûèøêú22 Cùng pha Ngược pha Lệch pha amplitude éù1 yxt',( ) = 2 ym cosf ëûêú2 yxt',== 0 if fp Hình 17-16 ( ) yxt',( ) = 2 ym sin( kxt-wf) if = 0 PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 19
20. Giao thoa của sóng yxt11( ,sin) = ym ( kxt-w ) yxty22( ,sin) = m ( kxt-wf+ ) yxt',( ) = ym ' sin( kxt-wb+ ) Kết quả giao thoa bên trên được tính bằng cách sử dụng giản đồ vector Hình 17-17 PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 20
21. Sóng dừng Sóng dừng được tạo thành từ sự giao thoa giữa sóng tới và sóng phản xạ Sóng 1 Sóng 2 nút antinodes Hình 17-19 yxt11( ,sin) = ym ( kxt-w ) yxty22( ,sin) =+m ( kxtw ) yxt',( ) =+= yxtyxt11( ,) ( ,) ymm 1 sin( kxt-ww) ++ y 2 sin( kxt) aw= kx- t Sóng dừng có phương trình bw=+kx t yxt',( ) = [ 2 ym sincos kx] w t PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 21
22. a Sóng phản xạ ở biên (a) Khi sóng truyền tới đầu cố định (biên) của một sợi dây thì đầu dây tạo thành một nút sóng ® Sóng tới và sóng phản xạ trái dấu nhau. 2a (b) Khi sóng truyền tới đầu không cố định (biên) của một sợi dây thì đầu dây tạo thành một bụng sóng ® Sóng tới và sóng phản xạ cùng dấu nhau. Hình 17-21 PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 22
23. Điều kiện tạo thành sóng dừng Sóng chạyÛ mọi điểm trên sợi dây đều có cùng biên độ (với điều kiện không bị hao phí năng lượng) Sóng dừngÛ biên độ sóng thay đổi theo tọa độ (vị trí trên dây SóngResonantdừng chỉ Wavelengthstồn tại trên dây ở một số điều kiệnStandingnhất đinh waves: are set up if: 22LL l ===2LL , , , , for n 1,2,3, Fig. 16-23 3 n Harmonic Series Resonant Frequencies nf= 1® 1st harmonic 1 Standing waves are set up if: nf= 2® 2nd harmonic vv 2 fn==, forvới n = 1,2,3, l 2L nf= 3® 3rd harmonic 3 PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 23