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=68479941”
Vật lý có thể được coi là một trong những môn học nặng nhất trong chương trình lớp 12 bởi có quá nhiều công thức, nhiều bài toán, nhiều dạng câu hỏi,.. Một trong số đó làn phần Sóng cơ học, vậy Sóng cơ học là gì? Bài toán về Sóng cơ học có khó không? Để hiểu thêm về phần này cũng như phương pháp giải quyết hiệu quả những bài tập liên quan, các bạn cùng Gia Sư Việt theo dõi qua chia sẻ dưới đây nhé.
1. Khái niệm về Sóng cơ học trong môn Vật lí 12
Khái iệm sóng cơ học
Sóng cơ là những dao động lan truyền trong môi trường vật chất [rắn, lỏng, khí], bao gồm 2 dạng dao động là dao động Sóng ngang và Sóng dọc. Chắc rằng bạn sẽ nắm được bản chất các loại sóng này nếu bạn cho được ví dụ về sóng dọc là sóng âm hay sóng trên mặt nước là sóng ngang…
Đặc trưng cơ bản của Sóng cơ học
Biên độ của sóng là biên độ của phần tử trong môi trường có sóng truyền qua, Chu kỳ cũng là chu kỳ của chính phần tử đó, tần số sóng f = 1/T [Hz], tốc độ truyền sóng là tốc độ lan truyền của đỉnh sóng, năng lượng sóng là năng lượng dao động của các phần tử vật chất khi có sóng truyền qua. Trong sóng cơ có một yếu tố rất quan trọng chính là bước sóng Lamda [ký hiệu λ].
2. Các dạng toán về Sóng cơ học và phương pháp giải
A – Xác định thành phần của Sóng cơ học
Phương trình sóng tại 1 một nguồn điểm: U = a.cos[ ωt + ψ ]. Trong đó: U – li độ sóng ở thời điểm t, a – Biên độ sóng, ω = 2Π.f – Tần số góc của sóng, ψ – pha ban đầu
Phương trình sóng tại điểm M cách nguồn sóng 1 khoảng d: Um = a.cos[ ωt + ψ – 2Π.d/ λ ]. Với λ = v.T là bước sóng, T – Chu kì, v – Vận tốc truyền sóng.
Thế nhưng, trong một vài đề toán sẽ ẩn đi một vài thông số như biên độ, tần số, chu kỳ,…Để tìm kiếm những thông số này chỉ cần áp dụng công thức đơn giản là có thể giải nhanh chóng. Ví dụ như: Bước sóng λ= v.T, những điểm dao động cùng pha với nguồn sóng có khoảng cách d = n.λ [ trong đó n là số tự nhiên ]
Độ lệch pha giữa 2 điểm dao động trên cùng một phương truyền lần lượt cách nguồn sóng các khoảng d1, d2: Δψ = 2Π.[ d2 – d1 ]/λ. Đây được xem là công thức vô cùng quan trọng có thể được áp dụng để giải quyết nhiều bài toán liên quan khác.
B – Giao thoa Sóng cơ
Một dạng khách của các bài toán về sóng cơ đó là sự giao thoa sóng. Điển hình của dạng này là tìm điểm dao động có biên độ cực đại, cực tiểu. Để giải được bài toán này không khó, bạn chỉ cần áp dụng công thức là được:
- Điểm dao động với biên độ cực đại là điểm có vị trí thỏa mãn hiệu đường đi tới nguồn sóng bằng số nguyên lần bước sóng: d2 – d1 = kλ.
- Khoảng cách giữa 2 điểm dao động cực đại và cực tiểu liên tiếp bằng bước sóng, khoảng các giữa điểm dao động cực đại và cực tiểu gần nhau bằng nửa bước sóng.
Trên đây chỉ là hai dạng bài toán điển hình và dễ dàng kiếm điểm nhất trong phần sóng cơ. Ngoài ra còn có rất nhiều dạng toán phức tạp hơn nữa thế nhưng bạn không cần phải quá lo lắng vì loại nào cũng đều có công thức và mẹo giúp giải nhanh hơn.
3. Cách giải quyết nhanh lý thuyết và bài tập Sóng cơ học
Những câu hỏi hóc búa trong đề thi giờ đây sẽ không còn là vật cản của nhiều sĩ tử bởi đã có các phương pháp cùng kinh nghiệm làm bài đã được luyện tập trong suốt quá trình luyện thi. Để làm được bài có kết quả tốt đầu tiên bạn phải nắm chắc tất cả mọi lý thuyết cơ bản từ khái niệm, đặc điểm, ứng dụng đến công thức quan trọng bắt buộc phải nhớ.
Kinh nghiệm ghi nhớ: Bạn nên hệ thống hóa các kiến thức thành sơ đồ, đồ thị bắt mắt vừa kích thích thị giác, vừa tạo được động lực học vừa in sâu kiến thức hơn. Và một lời khuyên là nên thường xuyên xem lại bởi nếu bỏ một thời gian thì tất cả những kiến thức đó lại quay trở về con số 0. Nói như vậy không có nghĩa là bạn chỉ tập trung học mẹo mà bỏ qua kiến thức căn bản, phải thực sự hiểu được những thứ căn bản thì bạn mới có thể tư duy một cách chính xác.
Bên cạnh việc học từ những người thầy, bạn bè, đôi khi bạn vẫn cần có thêm sự hỗ trợ của gia sư lý lớp 12 tại nhà. Nếu các sĩ tử năm nay cũng như các bậc phụ huynh có nhu cầu muốn tìm gia sư lý cho con em mình hãy liên hệ ngay với chúng tôi để được tư vấn thêm.
Với những gì chúng tôi chia sẻ trên đây, hi vọng bạn đã hiểu rõ bản chất và các dạng toán trong Sóng cơ học. Không quá khó để học tốt Vật lý, điều quan trọng là bạn phải biết cách tìm ra phương hướng học phù hợp cho bản thân mình. Trung tâm xin chúc các sĩ tử sẽ có được hành trang vững chắc và đạt kết quả cao trong kỳ thi đại học sắp tới.
Tham khảo thêm:
♦ Gia Sư Lý Tại Quận Ba Đình Từ Lớp 6 – 12, LTĐH Chất Lượng Cao
♦ Địa Chỉ Giới Thiệu Gia Sư Lý Tại Quận Thanh Xuân Chất Lượng Số 1