Sóng ngang và sóng dọc
Đã giới thiệu| English | Ý nghĩa |
|---|---|
| transverse/trænsˈvɜːs/ | sóng ngang |
| longitudinal/ˌlɒŋɡɪˈtjuːdɪnl/ | sóng dọc |
| perpendicular/ˌpɜːpənˈdɪkjʊlə/ | vuông góc |
| electromagnetic waves/ɪˌlektrəʊməɡˈnetɪk weɪvz/ | sóng điện từ |
| compressions/kəmˈpreʃnz/ | vùng nén |
| rarefactions/ˌreərɪˈfækʃnz/ | vùng giãn |
| energy transfer/ˈenədʒi ˈtrænsfɜː/ | truyền năng lượng |
| propagation/ˌprɒpəˈɡeɪʃn/ | sự truyền |
Hai cách tạo ra sóng
- Lắc một sợi dây lên xuống — sự gợn sóng chạy dọc theo nó.
- Đẩy và kéo một đầu lò xo (Slinky) theo phương dọc — một vùng nén chạy dọc theo thay vì thế.
- Cả hai đều truyền năng lượng, nhưng các hạt chuyển động theo các hướng khác nhau.
Sóng ngang
- Các dao động vuông góc với hướng truyền năng lượng.
- Ví dụ: sóng trên dây, tất cả sóng điện từ, gợn sóng trên mặt nước.
Sóng ngang trên dây
Sóng ngang
y = a sin(bx + c)
Thay đổi biên độ và bước sóng của sóng.
Trong sóng ngang, các hạt dao động:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Sóng ngang = dao động vuông góc với dòng năng lượng (sóng dây thừng, ánh sáng, gợn nước).
Sóng dọc
- Các dao động song song với hướng truyền.
- Gồm vùng nén (bị ép sát vào nhau) và vùng giãn (bị tách ra). Âm thanh là sóng dọc.
Sóng dọc trên lò xo spring
Âm thanh truyền qua không khí là một sóng dọc.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Có — các hạt không khí dao động qua lại dọc theo phương truyền, tạo ra các vùng nén và giãn nở.
Chọn tất cả các loại sóng là sóng ngang.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Ánh sáng, gợn nước và sóng dây thừng là sóng ngang. Âm thanh và sóng lò xo bị đẩy từ đầu là sóng dọc.
Một sóng dọc gồm các vùng nén và ____.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Vùng nén là nơi các hạt tập trung lại; vùng giãn nở là nơi chúng phân tán ra.
Nói đúng cách mà giám khảo muốn
- Điểm số cho hai hướng trong một câu: hướng các hạt dao động, và hướng truyền năng lượng (hướng lan truyền).
- Ngang: "các dao động vuông góc với hướng truyền năng lượng."
- Dọc: "các dao động song song với hướng truyền năng lượng."
- "Các hạt chuyển động lên và xuống" không được điểm nếu nói riêng lẻ — lên và xuống so với cái gì?
Nối mỗi thuật ngữ với định nghĩa mà người chấm bài đánh dấu.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Mỗi câu trả lời đều được đánh giá dựa trên một cụm từ cố định. "Truyền năng lượng", chứ không phải "chuyển động của sóng", là thuật ngữ xuất hiện trong cả hai định nghĩa về loại sóng.
Đọc đồ thị sóng dọc
- Biểu đồ vẽ li độ dọc theo phương truyền sóng: giá trị dương nghĩa là hạt đã di chuyển trước, giá trị âm nghĩa là lùi lại.
- Hai hạt cách nhau chính xác một bước sóng có cùng độ lệch và di chuyển theo cùng một cách.
- Một vùng nén nằm ở nơi hạt phía sau đã di chuyển về trước và hạt phía trước đã di chuyển về sau — đồ thị cắt trục hoành đi xuống dưới.
- Hạt đang di chuyển theo hướng nào bây giờ? Hãy nhìn vào đồ thị ngay phía sau nó (phía mà sóng đến): độ lệch tại đó chính là nơi nó đang hướng tới.
Một sóng dọc truyền sang bên phải. Trên đồ thị li độ–khoảng cách của nó, hạt P đang ở vị trí li độ bằng 0 trên một đoạn đồ thị nâng lên từ trái sang phải. Hiện tại P đang chuyển động theo hướng nào?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Hãy nhìn ngay phía sau P (ở bên trái): li độ tại đó mang giá trị âm, nên P sẽ tiến tới li độ âm — đang di chuyển lùi lại. Một hạt nằm ở vị trí li độ bằng 0 chưa bao giờ đứng yên; nó đang đạt tốc độ cực đại.
Hai loại đồ thị
- Độ lệch – khoảng cách (ảnh chụp nhanh của toàn bộ sóng) → đọc bước sóng.
- Độ lệch – thời gian (một điểm theo thời gian) → đọc chu kỳ.
- Cả hai đều trông giống như đường cong sin, cho cả hai loại sóng.
Một đồ thị độ lệch - thời gian hiển thị biên độ và chu kỳ của sóng
Nối mỗi đồ thị với thông tin đọc được từ đó.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Một bức ảnh chụp theo khoảng cách cho ta bước sóng; việc quan sát một điểm theo thời gian cho ta chu kỳ.
Những đại lượng nào có thể đọc được từ đồ thị li độ–khoảng cách? Chọn tất cả các đáp án đúng.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Chu kỳ lấy từ đồ thị li độ–THỜI GIAN. Việc đọc bước sóng từ đồ thị thời gian là một trong những lỗi phổ biến nhất trong chủ đề này.
Biên độ của một sóng được nhân đôi. Cường độ của nó tăng lên bao nhiêu lần?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Cường độ tỉ lệ với bình phương biên độ, nên khi tăng đôi biên độ thì cường độ tăng bốn lần. Cường độ còn được hiểu là công suất trên đơn vị diện tích vuông góc với phương truyền.
Ví dụ giải chi tiết: sóng âm trên đồ thị
Đồ thị độ lệch – khoảng cách của một sóng âm (di chuyển sang phải) cho thấy các hạt X và Y cách nhau $1.5$ bước sóng, phân cách bởi $0.24\ \text{m}$. Tần số là $2.0\ \text{kHz}$. Hạt Z nằm tại độ lệch bằng 0 trên một phần đồ thị đi xuống từ trái sang phải.
- Bước sóng: $1.5\lambda = 0.24$, do đó $\lambda = 0.16\ \text{m}$.
- Tốc độ: $v = f\lambda = 2000 \times 0.16 = 320\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$.
- Z hiện tại: ngay phía sau Z (ở bên trái) độ lệch là dương, nên Z đang di chuyển tiến, theo hướng truyền sóng.
- Z sau một phần tư chu kỳ: toàn bộ mô hình đã dịch chuyển đi $\dfrac{\lambda}{4}$, nên Z nhận lấy độ lệch mà trước đây nằm $\dfrac{\lambda}{4}$ phía sau nó — một sóng đỉnh, $+A$. Vẽ sơ đồ mới bằng cách dịch chuyển đồ thị cũ sang phải $\dfrac{\lambda}{4}$.
- Kiểm tra: một hạt tại độ lệch bằng 0 đang đi qua vị trí cân bằng, đó là nơi nó di chuyển nhanh nhất — vì vậy hợp lý khi nó đạt độ lệch cực đại sau một phần tư chu kỳ.
Trên đồ thị li độ–khoảng cách, hai hạt cách nhau đúng hai bước sóng thì tách biệt nhau $0.68\ \text{m}$. Sóng có tần số $1.0\ \text{kHz}$. Tốc độ của nó là bao nhiêu, tính bằng m/s?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$2\lambda = 0.68$, nên $\lambda = 0.34\ \text{m}$ và $v = f\lambda = 1000 \times 0.34 = 340\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$ — tức là tốc độ âm thanh trong không khí.
Đồ thị độ lệch của một sóng dọc trông y hệt sóng ngang, nhưng các hạt không di chuyển lên xuống. Trục tung là độ lệch dọc theo đường truyền. Hãy nói "tiến và lùi", và nhớ rằng sóng di chuyển trong khi các hạt chỉ dao động quanh các vị trí cố định.
Bạn đã nắm vững
- ngang: dao động vuông góc với truyền năng lượng (dây, ánh sáng, gợn sóng)
- dọc: dao động song song với truyền năng lượng — nén & giãn (âm thanh)
- trên đồ thị sóng dọc, dương = tiến; nhìn ngay phía sau một hạt để xem nó đang đi đâu
- độ lệch–khoảng cách hiển thị $\lambda$; độ lệch–thời gian hiển thị $T$