Bạn đang tìm hiểu về sóng dừng? Bạn muốn biết khi nào chúng xuất hiện? Đặc điểm của chúng ra sao? Và ứng dụng của chúng trong thực tế như thế nào? Hãy cùng chúng tôi tham khảo câu trả lời trong bài viết dưới đây.
Định nghĩa sóng dừng là gì?
Trong vật lý, sóng dừng, còn được gọi là sóng đứng hay sóng tĩnh, là một loại sóng dao động theo thời gian nhưng có biên độ đỉnh sóng không di chuyển trong không gian. Biên độ đỉnh của dao động sóng tại bất kỳ điểm nào trong không gian luôn không đổi theo thời gian.
Sóng dừng được hình thành do sự giao thoa của hai sóng ngược chiều, bao gồm sóng phản xạ và sóng tới, khi chúng truyền trên cùng một phương. Kết quả của quá trình giao thoa này sẽ tạo ra một hệ sóng đứng nếu chúng truyền theo cùng một hướng.
Trong sóng dừng, luôn có một điểm đứng yên gọi là nút và một số điểm luôn dao động với biên độ cực đại gọi là bụng.
>> Xem thêm: Giao thoa sóng là gì? Hiện tượng giao thoa sóng
Tính chất của sóng dừng như thế nào?
Vừa rồi chúng ta đã tìm hiểu về khái niệm, vậy tính chất của chúng sẽ được thể hiện như thế nào? Hãy cùng tìm hiểu rõ hơn thông qua các thông tin dưới đây:
- Điểm dao động với biên độ cực tiểu được gọi là nút sóng.
- Điểm dao động với biên độ cực đại gọi là bụng sóng.
- Khoảng cách giữa hai nút sóng hoặc hai bụng sóng liên tiếp là λ/2.
- Khoảng cách giữa hai nút sóng hoặc hai bụng sóng bất kỳ là kλ/2.
- Khoảng cách giữa một bụng sóng và một nút sóng liên tiếp là λ/4.
- Khoảng cách giữa một bụng sóng và một nút bất kỳ là kλ/2 + λ/4.
- Tốc độ truyền sóng: v = λf = λ/T.
Tần số dao động:
Ta có: l = kλ/2 ⇔ f = (kv)/(2l)
fmin = v/(2l) (Tần số nhỏ nhất để xuất hiện sóng dừng trên sợi dây có hai đầu cố định).
Khi có hai tần số liên tiếp tạo ra sóng dừng và bài yêu cầu tìm fmin:
Ta có:
f1 = fmin = v/(2l)
f2 = 2f1 = (2v)/(2l)
f3 = 3f1 = (3v)/(2l)
⇒ f1 = f3 – f2.
Vậy: fmin = fn+1 – fn
Gọi a là biên độ dao động của nguồn thì biên độ dao động của bụng là 2a, bề rộng của bụng sóng là 4a.
>> Xem thêm: Lý thuyết sóng cơ và sự truyền sóng cơ là gì chi tiết
Điều kiện để xảy ra sóng dừng ở trên dây
Sau khi đã tìm hiểu về tính chất của sóng dừng, vậy điều kiện để hiện tượng sóng dừng xảy ra là gì? Theo nghiên cứu, có hai trường hợp để hiện tượng này có thể xảy ra. Hãy cùng tìm hiểu chi tiết hơn trong phần thông tin bên dưới do chúng tôi cung cấp.
Trường hợp hai đầu là nút sóng (hai đầu cố định)
l = kλ/2 (k là số tự nhiên lớn hơn 0)
Trong đó:
- L: chiều dài dây; K ∈ N*
- λ: bước sóng
- k = số bụng sóng = số nút sóng – 1
- Số bụng sóng = số bó sóng = k
- Số nút sóng = k + 1
Trường hợp một đầu là nút sóng còn một đầu là bụng sóng
l = (2k + 1)λ/4 (k là số tự nhiên lớn hơn 0)
Trong đó:
- L: chiều dài dây
- λ: bước sóng
- K ∈ N; k = số bụng sóng – 1 = số nút sóng – 1
- Đầu cố định của sóng dừng tương đương với 1 nút sóng
- Khoảng cách giữa hai nút sóng liên tiếp = khoảng cách giữa hai bụng sóng liên tiếp = λ/2
- Khoảng cách giữa nút sóng và bụng sóng liên tiếp = λ/4
- Số bó sóng = k
- Số bụng sóng = số nút sóng = k + 1
Tần số:
Ta có: l = kλ/2 + λ/4
⇔ l = λ(k/2 + 1/4) ⇔ l = (v/f)(k/2 + 1/4)
⇒ f = (v/l)(k/2 + 1/4) ⇒ f = ((2k + 1)v)/(4l)
fmin = v/(4l)
Khi có 2 tần số liên tiếp tạo ra được sóng dừng mà bài yêu cầu tìm fmin:
f1 = fmin = v/(4l)
f2 = 3f1 = (3v)/(4l)
f3 = 5f1 = (5v)/(4l)
⇒ f1 = fmin = (f3 – f2)/2
Chú ý: Nếu đầu nào gắn với cần rung hoặc âm thoa thì đầu đấy là nút. Nếu treo lơ lửng hoặc thả tự do thì đầu đấy là bụng sóng.
Ứng dụng của sóng dừng
Thông thường, sóng dừng được ứng dụng trong các trường hợp sau đây:
- Dùng để đo bước sóng
- Dùng để đo tốc độ truyền sóng
Như vậy, vừa rồi chúng ta đã tìm hiểu về sóng dừng và những thông tin hữu ích liên quan. Hy vọng bài viết trên của chúng tôi có thể giúp bạn trong quá trình tìm hiểu. Cảm ơn bạn đã quan tâm và theo dõi bài viết của chúng tôi.
