1.1. Sóng và sự truyền sóng
– Sóng là dao động lan truyền trong không gian theo thời gian. Khi sóng truyền đi, phần tử môi trường không truyền theo phương truyền sóng mà chỉ dao động tại chỗ.
– Dựa trên mối liên hệ giữa phương truyền sóng và phương dao động, sóng được phân thành hai loại: Sóng dọc là sóng mà phương dao động của mỗi phần tử môi trường trùng với phương truyền sóng. Sóng ngang là sóng mà phương dao động mỗi phần tử môi trưởng vuông góc với phương truyền sóng.
– Các hiện tượng đặc trưng của sóng: phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ, và giao thoa.
1.2. Các đặc trưng vật lí của sóng
– Bước sóng λ là quãng đường sóng truyền đi được trong một chu kì dao động T.
λ = vT
trong đó v là tốc độ lan truyền sóng. Tốc độ truyền sóng trong không gian là hữu hạn và phụ thuộc vào tính chất của môi trường truyền sóng như mật độ môi trường, tính đàn hồi, nhiệt độ, áp suất,…
– Trên cùng một phương truyền sóng, các điểm dao động cùng pha với nhau cách nhau:
kλ và các điểm dao động ngược pha với nhau cách nhau: \((k + \frac{1}{2})\lambda \) với k là một số nguyên \((k = 0, \pm 1, \pm 2, \pm 3,…)\).
– Cường độ sóng I là năng lượng sóng truyền qua một đơn vị diện tích vuông góc với phương truyền sóng trong một đơn vị thời gian.
\(I = \frac{E}{{S.{\rm{\Delta }}t}} = \frac{\wp }{S}\)
với S là diện tích mà năng lượng sóng E truyền qua trong một khoảng thời gian Δt hay E công suất sóng \(P = \frac{E}{{\Delta t}}\); . Trong hệ SI, cường độ sóng có đơn vị là W/m2.
– Phương trình truyền sóng theo trục Ox là:
\(u = A\cos (\frac{{2\pi }}{T}t – \frac{{2\pi }}{\lambda }x)\)
1.3. Sóng điện từ
– Sóng điện từ là điện trường và từ trường lan truyền trong không gian dưới dạng sóng với tốc độ trong chân không bằng c = 3.108 m/s.
– Ánh sáng có bản chất là sóng điện từ. Bước sóng của ánh sáng có tần số f trong chân không: \(\lambda = \frac{c}{f}\)
– Thang sóng điện từ cho biết dải bước sóng và dải tần số ứng với các loại bức xạ khác nhau.
1.4. Giao thoa sóng
– Hiện tượng giao thoa sóng là hiện tượng hai sóng kết hợp gặp nhau, tăng cường nhau hoặc làm suy yếu nhau tại một số vị trí trong môi trường. Điều kiện để có giao thoa là phải có sự kết hợp từ hai nguồn sóng dao động cùng phương, cùng tần số và có độ lệch pha không đổi theo thời gian.
– Trong môi trường truyền sóng, khi hai nguồn dao động cùng pha, những điểm có khoảng cách đến hai nguồn lần lượt là d1 và d2 sẽ dao động với biên độ cực đại khi: d2 – d1 = kλ và dao động với biên độ cực tiểu khi: \({d_2} – {d_1} = (k + \frac{1}{2})\lambda \) với k là một số nguyên (k = 0, ±1, +2, +3,…).
– Hiện tượng giao thoa ánh sáng là hiện tượng xuất hiện các vạch sáng (biên độ cực đại) xen kẽ với các vạch tối (biên độ cực tiểu) khi hai sóng ánh sáng kết hợp gặp nhau.
– Khoảng cách giữa hai vân sáng (hoặc hai vân tối) liên tiếp được gọi là khoảng vân, kí hiệu là i.
\(i = \frac{{\lambda D}}{a}\)
với λ là bước sóng ánh sáng, a là khoảng cách giữa hai khe và D là khoảng cách từ hai khe đến màn quan sát. Trên màn quan sát, vị trí vân sáng là xs = ki và vị trí vân tối là \({x_t} = (k + \frac{1}{2})i\) với k là một số nguyên ( = 0, #1, #2, #3,…).
1.5. Sóng dừng
– Sự giao thoa của hai sóng kết hợp truyền ngược chiều nhau trên cùng một phương, tạo thành các bụng sóng (các điểm dao động với biên độ cực đại) xen kẽ với các nút sóng (các điểm đứng yên). Bụng sóng và nút sóng xen kẽ và cách đều nhau. Khoảng cách giữa hai nút sóng liên tiếp là \(\frac{\lambda }{2}\)
– Vị trí các bụng sóng đối với một đầu cố định của dây, được xác định bằng biểu thức:
\(d = (k + \frac{1}{2})\frac{\lambda }{2}\) (k=0, 1, 2, …)
– Vị trí các nút sóng đối với một đầu cố định của dây, được xác định bằng biểu thức:
\(d = k\frac{\lambda }{2}\) (k=0, 1, 2, …)