Sóng cơ là một trong những chương trình học quan trọng trong vật lý 12 luôn có trong các đề thi khảo sát hay tốt nghiệp. Vậy sóng cơ là gì? sóng cơ lan truyền trong môi trường nào? Tất cả sẽ được giải đáp chi tiết trong nội dung dưới đây.
Sóng cơ là gì?
Sóng cơ là loại sóng dao động cơ lan truyền trong môi trường vật chất. Khi sóng cơ truyền đi thì chỉ có pha dao động của các phần tử vật chất lan truyền, còn các phần tử vật chất thì dao động xung quanh tại vị trí cân bằng sẽ cố định.
Ví dụ như: Trong không gian vũ trụ, các phi hành gia liên lạc với nhau qua bộ đàm hoặc ký hiệu.
Tốc độ và mức lan truyền của sóng cơ phụ thuộc nhiều vào tính đàn hồi của môi trường. Môi trường có tính đàn hồi càng cao thì tốc độ sóng cơ càng lớn và khả năng lan truyền càng xa. Vậy nên, tốc độ và mức độ lan truyền sóng cơ sẽ giảm theo thứ tự của các môi trường rắn > lỏng > khí. Các loại vật liệu như nhung, xốp,… có tính đàn hồi nhỏ nên khả năng lan truyền thấp. Vì thế chúng thường được sử dụng với mục đích là cách âm, chống rung,…
Ví dụ: Bạn áp tai xuống đường ray sẽ nghe thấy tiếng tàu hỏa từ xa mà ngay lúc đó bạn không thể nghe thấy trong không khí.
=> Sóng cơ học là dao động cơ được lan truyền trong môi trường vật chất rắn, lỏng, khí và không thể truyền được trong môi trường chân không.
Tìm hiểu thêm:
Phân loại sóng cơ
Căn cứ vào nhiều tiêu chí khác nhau, người ta chia sóng cơ thành các loại sau đây:
Sóng ngang: Là sóng mà trong đó các phân tử của môi trường sẽ dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng. Sóng ngang chỉ có thể lan truyền trong môi trường của chất rắn và bề mặt của chất lỏng; đồng thời không thể lan truyền được trong chất lỏng và chất khí. Nguyên nhân là do môi trường lực đàn hồi xuất hiện khi biến dạng.
Sóng dọc: Là sóng mà các phần tử của môi trường sẽ dao động theo phương trùng với phương truyền sóng. Sóng dọc có khả năng truyền trong 3 trạng thái rắn, lỏng, khí. Nguyên nhân là do lực đàn hồi xuất hiện khi có sự biến dạng nén, giãn.
Các đại lượng đặc trưng của sóng cơ học
- Biên độ sóng [A]: Là biên độ dao động của một phần tử trong môi trường có sóng truyền qua.
- Tần số sóng [f]: Là tần số dao động của phần tử vật chất khi có sóng truyền qua.
- Vận tốc sóng [v]: Là vận tốc lan truyền, dao động của sóng trong môi trường.
- Năng lượng sóng: Là năng lượng giao động của các phần tử khi có sóng truyền qua.
- Bước sóng []: Là quãng đường mà sóng truyền đi trong một chu kỳ; là khoảng cách giữa 2 điểm gần nhất trên phương truyền sóng dao động cùng pha với nhau.
Sóng cơ lan truyền trong môi trường nào?
Sóng cơ chỉ lan truyền được trong môi trường chất đàn hồi, không truyền được trong môi trường chân không. Và đây cũng chính là điểm khác biệt duy nhất giúp bạn phân biệt sóng cơ với sóng điện từ.
Khi thực hiện một rung động điều hòa trên mặt nước, bạn sẽ thấy các dao động rung sẽ lan truyền theo mọi hướng, nó tạo thành các gợn sóng nhấp nhô theo đường tròn đồng tâm. Hoặc khi bạn nói, thanh quản của bạn sẽ rung, tạo thành các dao động. Dao động này sẽ truyền ra không khí theo nhiều hướng khác nhau. Bởi vậy, khi đứng gần, bạn sẽ nghe thấy âm thanh đó rất rõ. Điều này càng chứng minh rằng dao động có được truyền trong không khí.
Tìm hiểu xem: Yết hầu là gì? Tại sao không được sờ yết hầu của con trai?
Sóng cơ và sự truyền sóng cơ
Trong thực tế, sự truyền sóng cơ phụ thuộc và chịu sự ảnh hưởng của nhiều yếu tố từ môi trường xung quanh. Trong chương trình Vật lý 12 đề cập đến sóng hình sin. Nên bài viết này muasieunhanh.com cũng sẽ đề cập tới sóng hình sin.
Một phân tử tại nguồn dao động, do lực liên kết giữa các phân tử trong môi trường, phân tử cạnh nguồn sẽ dao động theo nhưng sẽ trễ pha. Sự trễ pha trong dao động và năng lượng liên kết giữa các phần tử mà sóng được truyền đi trong không gian. Trong quá trình truyền sóng cơ, các phần tử chỉ dao động lên xuống theo phương thẳng đứng [đối với sóng ngang] và theo phương ngang [đối với sóng dọc].
Quá trình truyền sóng cơ là sự lan truyền dao động [pha của dao động] và năng lượng dao động, không có sự truyền đi giữa các phần tử vật chất.
Với các nội dung thông tin chi tiết trong bài viết “Sóng cơ là gì? Sóng cơ lan truyền được trong môi trường nào?” sẽ giúp ích cho các sĩ tử trong việc ôn luyện chuẩn bị cho các kỳ thi quan trọng. Bất kỳ câu hỏi nào cần được giải đáp, quý bạn đọc hãy comment phía dưới, chúng tôi sẽ giải đáp nhanh chóng và miễn phí.
Sóng cơ học là loại sóng lan truyền dao động cơ học của các phần tử môi trường vật chất. Trong khi sóng có thể di chuyển và truyền năng lượng trên quãng đường dài, thì các phần tử môi trường chỉ dao động quanh vị trí cân bằng của nó.[1]
Môi trường vật chất có tính đàn hồi và quán tính nên một tác động dịch chuyển sẽ gây rung động và tạo ra sóng. Cũng vì thế mà sóng cơ học khác với sóng điện từ là không lan truyền được qua môi trường không vật chất như chân không.
Năng lượng được truyền đi cùng hướng với sóng. Khi dao động nhỏ không gây biến dạng môi trường thì sóng cơ học còn được gọi là sóng đàn hồi [elastic wave], như sóng âm thanh. Các dao động quá lớn thì gây phá hủy liên kết của môi trường, không còn đàn hồi nữa, như sóng động đất, sóng bạc đầu ở mặt nước.
Sóng cơ học được phân loại theo kiểu dao động của phần tử môi trường, và chia ra ba loại: sóng dọc, sóng ngang, và sóng mặt.
Sóng khối: P, S, và sóng mặt: Love, Rayleigh
Địa vật lý thì xếp sóng dọc sóng ngang vào dạng sóng khối [Body waves] dựa theo khả năng lan truyền vào khối vật chất sâu trong lòng đất, phân biệt với sóng mặt [Surface waves] chỉ lan truyền ở vùng bề mặt.
Bài chi tiết: Sóng dọc
Sóng dọc [Longitudinal wave] hay sóng P, là sóng có phương dao động của hạt môi trường xảy ra dọc theo phương truyền, tạo ra các đới nén và dãn. Sự nén dãn thay đổi áp suất trong môi trường nên nó là sóng áp suất.
Sóng dọc truyền nhanh hơn sóng khác. Sóng dọc có thể truyền qua loại vật liệu bất kỳ, gồm cả chất lỏng, khí. Nó có thể truyền nhanh gần gấp đôi so với tốc độ của sóng S. Tốc độ truyền sóng dọc Vp xác định theo công thức:
v p = K + 4 3 G ρ {\displaystyle v_{p}={\sqrt {\frac {K+{\frac {4}{3}}G}{\rho }}}}trong đó
K là modul đàn hồi hay modul nén [Bulk Modulus], G là modul ngang hay modul trượt [Shear modulus], và ρ {\displaystyle \rho } là mật độ tự nhiên tính ra [Mg/m3 hoặc g/cm3].Trong không khí và nước, chúng là sóng âm thanh. Tốc độ lan truyền sóng P là 330 m/s trong không khí, 1450 m/s trong nước, khoảng 5000 m/s trong các vật liệu cứng như sắt thép, đá granit,... Trong lòng Trái Đất thì tốc độ lan truyền là trên 8000 m/s trong quyển manti và lõi.
Trong địa vật lý các quan sát động đất tại trạm quan sát địa chấn thấy nó đến đầu tiên, nên có tên là sóng P [Primary] tức sóng sơ cấp.
Bài chi tiết: Sóng ngang
Sóng ngang [Transverse wave, Shear waves] hay sóng S, là sóng có phương dao động của hạt môi trường vuông góc với phương truyền. Sóng S truyền chậm hơn sóng P, giá trị thường cỡ 60% tốc độ sóng P ở cùng môi trường đó. Sóng S chỉ truyền trong chất rắn hoặc thể vô định hình gần rắn, không truyền qua chất lỏng và khí. Tốc độ truyền sóng ngang Vs xác định theo công thức:
v S = G ρ {\displaystyle v_{S}={\sqrt {\frac {G}{\rho }}}}Các tham số điển hình của đất đá ở Trái Đất cho ra tỷ số Vp/Vs vào cỡ 3 {\displaystyle {\sqrt {3}}} .
Trong quan sát động đất nó đến trạm quan sát địa chấn sau sóng P, nên có tên là sóng S [Secondary] tức sóng thứ cấp.
Gà Sóng mặt [Surface waves] lan truyền trên bề mặt tiếp giáp giữa các pha của vật chất là rắn-không khí, nước-không khí, và rắn-lỏng. Bùn nhão phủ trên đá cứng có thể xem là gần lỏng và sóng mặt xuất hiện ở mặt đá cứng. Sóng trên mặt nước là một điển hình của sóng mặt.
Sóng mặt lan truyền chậm hơn sóng P và sóng S, và dao động của hạt môi trường có dạng phức tạp, nhưng biên độ giảm dần theo độ sâu.
Trong địa vật lý các nghiên cứu địa chấn dẫn đến phân chia ra hai loại sóng mặt.
- Sóng Rayleigh, còn gọi là rung cuộn mặt đất [Ground roll] là sóng mặt lan truyền có gợn sóng tương tự như sóng trên mặt nước. [Tuy nhiên chú ý rằng, ở sóng mặt nước các chuyển động hạt ở tầng nước nông là ngược dòng và lực khôi phục vị trí hạt là lực hấp dẫn, còn trong sóng Rayleigh và sóng địa chấn khác thì lực khôi phục là lực đàn hồi]. Sự tồn tại của các sóng này được John William Strutt Lord Rayleigh, dự báo vào năm 1885, và sau đó đặt theo tên ông.
- Sóng Love là sóng mặt ngang phân cực ngang [Shear Horizontal, SH], chỉ xuất hiện trong môi trường nừa không gian vô hạn bị phủ bởi một lớp có bề dày hữu hạn. Chúng được đặt tên theo nhà toán học người Anh A.E.H. Love, người tạo ra một mô hình toán học của sóng năm 1911. Sóng lan nhanh hơn sóng Rayleigh một chút, vào khoảng 90% tốc độ sóng S, và có biên độ lớn nhất.
Trong trận động đất mạnh, sóng mặt có thể có biên độ của một vài cm, và là sóng gây phá hủy.[2]
- Thạch quyển
- Trái Đất
- ^ Landau L.D., Lifshitz E. M., 1986. Theory of Elasticity [3rd ed.]. Oxford, England: Butterworth Heinemann. ISBN 0-7506-2633-X.
- ^ Sammis CG, Henyey TL. Geophysics Field Measurements. Academic Press, 1987, p. 12.
- Elastic waves
- Sóng địa chấn
- Động đất
- Sóng điện từ
| Wikimedia Commons có thêm hình ảnh và phương tiện truyền tải về Sóng cơ học. |
Lấy từ “//vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Sóng_cơ_học&oldid=66622930”