Sóng cơ học và các đại lượng đặc trưng của sóng

Định nghĩa về sóng cơ học và các đại lượng mô tả nó như vận tốc truyền sóng, tần số, phương trình truyền sóng, pha dao động.

Sóng cơ học

Sóng cơ học là những dao động cơ học lan truyền theo thời gian trong môi trường vật chất.

Đặc điểm

• Chỉ có những dao động (pha dao động) là lan truyền trong không gian, còn những phần tử vật chất chỉ dao động cục bộ.
• Quá trình truyền sóng là quá trình truyền năng lượng.

Các đặc trưng của sóng

• Bước sóng $\lambda$: là quãng đường sóng truyền được trong một chu kì hay khoảng cách giữa 2 điểm gần nhau nhất trên cùng phương truyền sóng (tia sóng) dao động cùng pha với nhau.
• Vận tốc truyền sóng $v$: là vận tốc truyền pha dao động. Vận tốc này phụ thuộc vào nhiệt độ, mật độ vật chất, độ đàn hồi,… của môi trường lan truyền.
• Tần số sóng $f$: là tần số của nguồn phát sóng cũng là tần số dao động của phần tử vật chất trong môi trường truyền sóng. Tần số sóng không đổi khi truyền qua những môi trường khác nhau.
• Quan hệ giữa bước sóng, vận tốc sóng và tần số \[\lambda = vT = \frac{v}{f}.\]
  Định nghĩa bước sóng

Phương trình sóng

- Phương trình sóng tại nguồn O \[{u_{\text{O}}} = A\cos \omega t.\] - Sóng truyền từ O tới một điểm làm điểm này dao động trễ pha hơn O, phương trình sóng tại điểm có tọa độ $x$ \[\begin{align} u(x,t) &= A\cos \left( {\omega t \pm \frac{{\omega x}}{v}} \right) \hfill \\ &= A\cos 2\pi \left( {\frac{t}{T} \pm \frac{x}{\lambda }} \right) \hfill \\ \end{align} \] dấu (-) nếu sóng truyền từ nguồn O tới vị trí $x$ theo chiều dương của trục tọa độ và dấu (+) nếu sóng truyền từ O tới vị trí $x$ theo chiều âm của trục tọa độ.
- Độ lệch pha dao động giữa hai điểm trên cùng phương truyền sóng cách nhau khoảng $\Delta d$ là \[\Delta \varphi = \frac{{\omega \Delta d}}{v} = \frac{{2\pi \Delta d}}{\lambda }.\] Một số trường hợp đặc biệt:
$\Delta \varphi = k2\pi $ (cùng pha),
$\Delta \varphi = \pi + k2\pi $ (ngược pha),
$\Delta \varphi = \pi /2 + k\pi $ (vuông pha).
- Hai điểm dao động cùng pha cách nhau một số nguyên lần bước sóng, hai điểm dao động ngược pha cách nhau một số bán nguyên lần bước sóng, 2 điểm dao động vuông pha cách nhau một số nguyên lần ¼ bước sóng.