Dao động và Sóng

Đại cương về sóng cơ, phương trình sóng

Sóng cơ là sự lan truyền dao động và năng lượng trong môi trường vật chất; các phần tử môi trường dao động quanh vị trí cân bằng.

Một nhịp gợn chạy dọc dây, còn mỗi điểm trên dây chỉ lên xuống quanh chỗ cũ. Sóng truyền trạng thái dao động chứ không mang vật chất đi theo. Nhà bác học Christiaan Huygens từng phát triển cách nhìn sóng như sự lan truyền của các mặt sóng; đây là bối cảnh lịch sử của mô tả sóng.

Sóng ngang và sóng dọc

Ở sóng ngang, dao động vuông góc với hướng truyền (ví dụ dây căng); ở sóng dọc, dao động song song hướng truyền (ví dụ âm trong không khí). Sóng cơ cần môi trường và tốc độ phụ thuộc tính chất môi trường.

Trắc nghiệm nhanh

Với sóng hình sin truyền theo chiều dương, hai điểm cách nhau $\Delta x$ lệch pha $\Delta\phi=2\pi\Delta x/\lambda$. Tại một điểm cố định, môi trường dao động với tần số nguồn; tại một thời điểm cố định, hình dạng sóng lặp lại sau mỗi bước sóng. Trong cùng môi trường, tần số nguồn đổi thì bước sóng đổi theo $v=\lambda f$, còn tốc độ truyền do môi trường quyết định.

Khi áp dụng mô hình, hãy xác định rõ đại lượng nào được giữ cố định và chọn hệ quy chiếu phù hợp. Viết đơn vị ngay bên cạnh số liệu giúp phát hiện nhầm lẫn giữa các đại lượng cùng ký hiệu hoặc giữa giá trị đo với giá trị dự đoán. Sau khi tính, kiểm tra thứ nguyên, dấu và giới hạn: kết quả phải phù hợp với giả thiết đã dùng, chẳng hạn dao động nhỏ, môi trường đồng nhất hoặc bỏ qua lực cản. Nếu điều kiện thực tế khác giả thiết, cần giải thích sai lệch thay vì áp dụng công thức máy móc.

Một cách kiểm tra trực quan là thay các giá trị đặc biệt vào quan hệ đã lập: xét vị trí cân bằng, biên độ cực đại, một chu kỳ hoặc trường hợp không có chuyển động tương đối. Những trường hợp này thường làm một đại lượng bằng không hoặc đạt cực trị, giúp phát hiện sai dấu và nhầm giữa chu kỳ với tần số. Khi so sánh hai thí nghiệm, chỉ thay đổi một điều kiện mỗi lần để xác định quan hệ nhân quả rõ ràng.