Vật lí - Bài 13: Sóng dừng | Kết Nối Tri Thức Với Cuộc Sống

Chuẩn bị:

– Giá thí nghiệm.

– Dây đàn hồi

– Bộ rung.

– Máy phát tần số.

Tiến hành:

Bố trí thí nghiệm như Hình 13.1.

Bước 1: Giữ cho dây căng, đầu P mắc vào ròng rọc, đầu rung mắc vào dây.

Bước 2: Cho bộ rung hoạt động để rung đầu P. Điều chỉnh tần số của bộ rung cho đến khi dây xuất hiện những điểm dao động với biên độ cực đại và có những điểm đứng yên. Hiện tượng như vậy gọi là hiện tượng sóng dừng. Ghi lai tần số của bộ rung.

Bước 3: Thay đổi tần số của bộ rung cho đến khi lại quan sát được những điểm dao động với biên độ cực đại và những điểm đứng yên. Ghi lại tần số mới của bộ rung.

Hình 13.1. Bộ thí nghiệm tạo sóng dừng trên sợi dây 

Giá thí nghiệm

Dây đàn hồi

Bộ rung

Máy phát tần số

nút sóng. Những điểm mà tại đó hai sóng đồng pha với nhau thì dao động với biên độ cực đại và được gọi là bụng sóng (Hình 13.2).

Trong thực tế, ta thường gặp một trong hai sóng là sóng phản xạ của sóng kia.

Sóng dừng là tổng hợp của nhiều sóng tới và sóng phản xạ.

Hãy xác định số nút và số bụng của sóng dừng trên sợi dây Hình 13.3.

2. Điều kiện để có sóng dừng

Điều kiện để có sóng dừng trên một sợi dây có hai đầu cố định là chiều dài của sợi dây phải bằng một số nguyên lần nửa bước sóng (Hình 13.3).

II. SÓNG DỪNG TRONG CÁC NHẠC CỤ 

Việc các nhạc cụ phát ra các nốt nhạc cao, thấp khác nhau thường phụ thuộc vào việc tạo ra các sóng dừng khác nhau.

1. Sóng dừng đối với nhạc cụ dây

Đối với các loại nhạc cụ dây như đàn ghita, violon, đàn tính, đàn cò... thì hai đầu dây đàn được giữ cố định (Hình 13.4). Khi ta gảy đàn, trên dây xuất hiện sóng dừng. Theo công thức (13.1), nó phát ra một âm có bước sóng λ = 2L hay có tần số . Khi ấn ngón tay vào các phím khác nhau, ta đã thay đổi chiều dài của dây đàn, do đó âm phát ra có độ cao, thấp khác nhau.

Hình 13.2

Hướng truyền của sóng tới

Sóng tổng hợp

Hướng truyền của sóng phản xạ

Hình 13.3

Bụng sóng

Nút sóng

Hãy giải thích sự tạo thành sóng dừng trên dây PQ ở thí nghiệm Hình 13.1.

Hình 13.4. Đàn tính

2. Sóng dừng đối với nhạc cụ khí

Đối với các loại nhạc cụ khí như sáo, kèn, khi ta thổi, cột không khí dao động tạo ra sóng dừng. Bằng cách thay đổi lỗ bị bịt, ta thay đổi chiều dài cột không khí dao động. Do đó, các nốt nhạc phát ra cũng bị thay đổi (Hình 13.5).

1. Một dây đàn hồi dài 0,6 m có hai đầu cố định dao động với một bụng sóng.

a) Tính bước sóng λ của sóng trên dây.

b) Nếu dây dao động với 3 bụng sóng thì bước sóng là bao nhiêu?

2. Trên sợi dây đàn hồi, có chiều dài L = 1,2 m, người ta tạo ra sóng dừng có hình dạng được mô tả ở Hình 13.6. Biết tần số rung của sợi dây là f = 13,3 Hz. Xác định tốc độ truyền sóng trên dây.

Tìm điều kiện để có sóng dừng trong cột không khí có sóng dừng như trong Hình 13.7.

Hình 13.5. Sáo trúc

EM ĐÃ HỌC

• Hai sóng cùng biên độ, cùng tần số lan truyền theo hai hướng ngược nhau trên một dây giao thoa với nhau có thể tạo nên một sóng tổng hợp gọi là sóng dừng.

• Trong sóng dừng, có những điểm luôn đứng yên gọi là nút sóng và những điểm luôn dao động với biên độ cực đại gọi là bụng sóng. Hai nút sóng liên tiếp cách nhau ,xen giữa 2 chúng là một bụng sóng.

• Điều kiện để có sóng dừng trên một dây có hai đầu cố định là chiều dài của dây phải bằng một số nguyên lần nửa bước sóng.

với n = 1, 2, 3,...

• Điều kiện để có sóng dừng trên dây một đầu cố định, một đầu tự do hoặc trong ống khí một đầu kín, một đầu hở là chiều dài của dây hoặc của cột không khí phải bằng một số lẻ lần một phần tư bước sóng.

với n = 0, 1, 2, 3,...

EM CÓ THỂ

• Giải thích được sự hình thành sóng dừng trong thực tế. Ví dụ trong ống sáo, đàn K’lông pút.