Dao động và Sóng

Mặt sóng 3D: sóng tròn, giao thoa, sóng dừng và trường lượng tử

Nhìn thấy trực quan sự khác nhau giữa sóng tròn lan tỏa, giao thoa hai nguồn, sóng phẳng và sóng dừng — rồi liên hệ với ý tưởng 'trường là tập hợp các dao động tử' trong vật lý hiện đại. Đo tần số và bước sóng của sóng truyền, rồi kiểm chứng $v = fλ$ .

THPT

Dụng cụ

Mặt sóng 3D chỉnh được biên độ, bước sóng, tần số
Trường vô hướng 2D có khối lượng m và tương tác λφ⁴

Các bước tiến hành

So sánh bốn kiểu sóng
Chuyển lần lượt qua sóng tròn, giao thoa hai nguồn, sóng phẳng và sóng dừng. Chú ý sóng dừng có các điểm nút cố định không dao động, khác hẳn ba kiểu còn lại. Đối chiếu các đại lượng quan sát được với $v = fλ$ .
Tạo và va chạm 'hạt' trong trường lượng tử
Chuyển sang mục Trường lượng tử, nhấn 'Tạo một hạt' vài lần rồi 'Va chạm hai hạt'. Tăng λ lên và quan sát các hạt tán xạ lẫn nhau khi chạm, thay vì đi xuyên qua nhau như khi λ = 0. Đối chiếu các đại lượng quan sát được với $E = hf$ .
Kiểm tra quan hệ bước sóng và tần số
Chọn sóng phẳng, thay đổi tần số rồi bước sóng và quan sát khoảng cách giữa các mặt sóng. Đọc tốc độ truyền và đối chiếu v = fλ; khi v giữ cố định, tăng f làm λ giảm. Đối chiếu các số liệu hiển thị với $v = fλ$ .

Mô phỏng

Lịch sử thí nghiệm

Lý thuyết sóng đã phát triển qua nhiều lĩnh vực: từ gợn nước và âm thanh đến ánh sáng, điện từ trường và vật chất lượng tử. Các mẫu giao thoa, phản xạ và cộng hưởng cho thấy sóng có thể chồng chất, tạo những vùng tăng cường hoặc triệt tiêu lẫn nhau. Trong trường hợp một sợi dây, hai sóng truyền ngược chiều có thể tạo sóng dừng với nút và bụng cố định; hai nguồn điểm lại tạo các vân giao thoa trong không gian. Với sóng điều hòa, quan hệ v = fλ nối tốc độ truyền, tần số và bước sóng; nguyên lý chồng chất giải thích vì sao hai dao động có thể tăng cường hoặc khử nhau. Mô phỏng này đặt các hình ảnh cổ điển cạnh một trường vô hướng lượng tử trên lưới, nơi giá trị tại từng điểm được cập nhật bằng phương trình chuyển động rời rạc có tương tác λφ⁴. Trường lượng tử không đơn giản là một loại sóng cơ học khác: phép tính số chỉ minh họa cách tương tác làm thay đổi động lực học và tạo tán xạ trong mô hình.

Nhà vật lý liên quan

James Clerk Maxwell

Chủ đề liên quan trong thư viện

Sóng dừng Giao thoa sóng cơ Lượng tử hóa trường vô hướng