Công Thức Sóng Cơ: Tốc Độ Truyền Sóng, Bước Sóng (Lamda)

Trang chủ > Công Thức > Bài hiện tại.

I. GIỚI THIỆU VỀ SÓNG CƠ

1. Sóng cơ là gì?

Định nghĩa: Sóng cơ là sự lan truyền của dao động cơ trong một môi trường vật chất đàn hồi.

Đặc điểm quan trọng:

  • Cần môi trường: Sóng cơ chỉ truyền được trong môi trường đàn hồi (chất rắn, lỏng, khí)
  • Không truyền trong chân không: Không có môi trường thì không có sóng cơ
  • Truyền năng lượng, không truyền vật chất: Các phần tử môi trường chỉ dao động tại chỗ, năng lượng lan truyền đi xa

Ví dụ thực tế:

  • Sóng trên mặt nước
  • Sóng âm trong không khí
  • Sóng trên dây đàn
  • Sóng địa chấn (động đất)

2. Các đại lượng đặc trưng

Đại lượng Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa
Biên độ $A$ m, cm Độ lệch cực đại của phần tử khỏi VTCB
Chu kỳ $T$ s (giây) Thời gian thực hiện 1 dao động toàn phần
Tần số $f$ Hz (1/s) Số dao động thực hiện trong 1 giây
Bước sóng $\lambda$ (lambda) m, cm Quãng đường sóng truyền trong 1 chu kỳ
Tốc độ truyền sóng $v$ m/s Tốc độ lan truyền của sóng
Tần số góc $\omega$ rad/s $\omega = 2\pi f$

Mối quan hệ:

  • $f = \frac{1}{T}$ (tần số nghịch đảo với chu kỳ)
  • $\omega = 2\pi f = \frac{2\pi}{T}$

3. Phân loại sóng cơ

a) Theo phương dao động:

Sóng ngang:

  • Phương dao động vuông góc với phương truyền sóng
  • Ký hiệu: ⊥
  • Ví dụ: Sóng trên dây căng, sóng trên mặt nước
  • Đặc điểm: Có đỉnh (peak) và đáy (trough)

Sóng dọc:

  • Phương dao động song song với phương truyền sóng
  • Ký hiệu: //
  • Ví dụ: Sóng âm trong không khí, sóng trên lò xo
  • Đặc điểm: Có vùng nén và vùng dãn

b) Theo chiều truyền:

Sóng một chiều:

  • Truyền theo một phương
  • Ví dụ: Sóng trên dây thẳng, sóng trên lò xo

Sóng hai chiều:

  • Truyền trên mặt phẳng
  • Ví dụ: Sóng trên mặt nước

Sóng ba chiều:

  • Truyền trong không gian ba chiều
  • Ví dụ: Sóng âm trong không khí, sóng địa chấn

II. PHƯƠNG TRÌNH SÓNG CƠ

1. Phương trình dao động tại nguồn O

Nguồn sóng (điểm O) dao động điều hòa:

$$\boxed{u_O = A\cos(\omega t + \varphi)}$$

Hoặc dạng sin:

$$u_O = A\sin(\omega t + \varphi)$$

Trong đó:

  • $u_O$: Li độ của nguồn tại thời điểm $t$ (m)
  • $A$: Biên độ dao động (m)
  • $\omega = 2\pi f = \frac{2\pi}{T}$: Tần số góc (rad/s)
  • $\varphi$: Pha ban đầu (rad)
  • $t$: Thời gian (s)

Ví dụ: Nguồn dao động: $u_O = 5\cos(20\pi t)$ cm

  • Biên độ: $A = 5$ cm
  • Tần số góc: $\omega = 20\pi$ rad/s
  • Tần số: $f = \frac{\omega}{2\pi} = 10$ Hz
  • Chu kỳ: $T = \frac{1}{f} = 0.1$ s
  • Pha ban đầu: $\varphi = 0$

2. Phương trình sóng tại điểm M

Điểm M cách nguồn O một khoảng $x$ (theo phương truyền sóng):

Sóng từ O truyền đến M mất thời gian: $$\Delta t = \frac{x}{v}$$

Do đó, M dao động chậm pha hơn O một lượng: $$\Delta \varphi = \omega \Delta t = \omega \cdot \frac{x}{v} = \frac{2\pi f x}{v} = \frac{2\pi x}{\lambda}$$

📌 Phương trình sóng tại M (dạng cos):

$$\boxed{u_M = A\cos\left(\omega t – \frac{2\pi x}{\lambda} + \varphi\right)}$$

Dạng khác:

$$u_M = A\cos\left(2\pi\left(\frac{t}{T} – \frac{x}{\lambda}\right) + \varphi\right)$$

Hoặc:

$$u_M = A\cos\left(\omega\left(t – \frac{x}{v}\right) + \varphi\right)$$

📌 Phương trình sóng tại M (dạng sin):

$$u_M = A\sin\left(\omega t – \frac{2\pi x}{\lambda} + \varphi\right)$$

Lưu ý dấu “-” quan trọng:

  • Dấu “-” trong $\left(\omega t – \frac{2\pi x}{\lambda}\right)$ thể hiện M dao động chậm pha hơn O
  • Nếu sóng truyền ngược chiều (từ phải sang trái), dùng dấu “+”

Ví dụ: Nguồn O dao động: $u_O = 4\cos(10\pi t)$ cm. Sóng truyền với tốc độ $v = 20$ cm/s. Viết phương trình dao động tại điểm M cách O là 5 cm.

Lời giải:

Bước 1: Tính bước sóng

  • Tần số góc: $\omega = 10\pi$ rad/s
  • Tần số: $f = \frac{10\pi}{2\pi} = 5$ Hz
  • Bước sóng: $\lambda = \frac{v}{f} = \frac{20}{5} = 4$ cm

Bước 2: Viết phương trình tại M $$u_M = 4\cos\left(10\pi t – \frac{2\pi \times 5}{4}\right)$$ $$= 4\cos\left(10\pi t – \frac{5\pi}{2}\right) \text{ cm}$$

Rút gọn: $\frac{5\pi}{2} = 2\pi + \frac{\pi}{2}$, nên: $$u_M = 4\cos\left(10\pi t – \frac{\pi}{2}\right) = 4\sin(10\pi t) \text{ cm}$$

3. Độ lệch pha giữa hai điểm

Hai điểm M, N trên phương truyền sóng cách nhau khoảng $d$:

Độ lệch pha:

$$\boxed{\Delta \varphi = \frac{2\pi d}{\lambda}}$$

Các trường hợp đặc biệt:

Quan hệ dao động Độ lệch pha Điều kiện về khoảng cách
Cùng pha $\Delta \varphi = 2k\pi$ $d = k\lambda$
Ngược pha $\Delta \varphi = (2k+1)\pi$ $d = (k+\frac{1}{2})\lambda$
Vuông pha $\Delta \varphi = (2k+1)\frac{\pi}{2}$ $d = (k+\frac{1}{4})\lambda$

Trong đó: $k = 0, \pm 1, \pm 2, …$

4. Điều kiện về pha

a) Cùng pha:

Hai điểm dao động giống hệt nhau về li độ, vận tốc, gia tốc tại mọi thời điểm.

Điều kiện: $$\boxed{d = k\lambda} \quad (k = 0, 1, 2, …)$$

Ví dụ: Nếu $\lambda = 4$ cm, các điểm cách nhau 0, 4, 8, 12,… cm thì dao động cùng pha.

b) Ngược pha:

Hai điểm dao động đối nhau (khi điểm này ở vị trí biên dương thì điểm kia ở vị trí biên âm).

Điều kiện: $$\boxed{d = \left(k + \frac{1}{2}\right)\lambda = \frac{(2k+1)\lambda}{2}} \quad (k = 0, 1, 2, …)$$

Ví dụ: Nếu $\lambda = 4$ cm, các điểm cách nhau 2, 6, 10,… cm thì dao động ngược pha.

c) Vuông pha:

Hai điểm có độ lệch pha $\frac{\pi}{2}$ (90°).

Điều kiện: $$d = \left(k + \frac{1}{4}\right)\lambda = \frac{(2k+1)\lambda}{4}$$

Ví dụ: Nếu $\lambda = 4$ cm, các điểm cách nhau 1, 3, 5,… cm thì dao động vuông pha.

III. CÔNG THỨC TỐC ĐỘ TRUYỀN SÓNG

1. Công thức cơ bản

📌 Công thức 1: Liên hệ $\lambda$, $T$, $v$

$$\boxed{v = \frac{\lambda}{T}}$$

Ý nghĩa: Tốc độ truyền sóng bằng quãng đường sóng truyền trong một đơn vị thời gian.

📌 Công thức 2: Liên hệ $\lambda$, $f$, $v$ (QUAN TRỌNG NHẤT!)

$$\boxed{v = \lambda f}$$

Đây là công thức cốt lõi của sóng cơ!

Trong đó:

  • $v$: Tốc độ truyền sóng (m/s)
  • $\lambda$: Bước sóng (m)
  • $T$: Chu kỳ (s)
  • $f$: Tần số (Hz)

Quan hệ: $f = \frac{1}{T}$, nên $v = \lambda f = \frac{\lambda}{T}$

2. Công thức tính bước sóng (lambda)

📌 Từ $v$ và $T$:

$$\boxed{\lambda = vT}$$

Ý nghĩa: Bước sóng là quãng đường sóng truyền được trong một chu kỳ.

📌 Từ $v$ và $f$:

$$\boxed{\lambda = \frac{v}{f}}$$

Ví dụ 1: Sóng âm trong không khí có tốc độ $v = 340$ m/s, tần số $f = 680$ Hz. Tính bước sóng.

Lời giải: $$\lambda = \frac{v}{f} = \frac{340}{680} = 0.5 \text{ m} = 50 \text{ cm}$$

Đáp án: Bước sóng là 0.5 m.

3. Công thức tính tần số

$$\boxed{f = \frac{v}{\lambda} = \frac{1}{T}}$$

Ví dụ 2: Sóng truyền với $v = 340$ m/s, bước sóng $\lambda = 0.68$ m. Tính tần số.

Lời giải: $$f = \frac{v}{\lambda} = \frac{340}{0.68} = 500 \text{ Hz}$$

4. Công thức tính chu kỳ

$$\boxed{T = \frac{\lambda}{v} = \frac{1}{f}}$$

Ví dụ 3: Sóng có bước sóng $\lambda = 2$ m, tốc độ $v = 4$ m/s. Tính chu kỳ.

Lời giải: $$T = \frac{\lambda}{v} = \frac{2}{4} = 0.5 \text{ s}$$

5. Liên hệ giữa các đại lượng

Sơ đồ quan hệ:

        v (tốc độ truyền sóng)
           ↕
    λ ←→ f ←→ T

Các công thức suy ra:

  • $v = \lambda f = \frac{\lambda}{T}$
  • $\lambda = vT = \frac{v}{f}$
  • $f = \frac{v}{\lambda} = \frac{1}{T}$
  • $T = \frac{\lambda}{v} = \frac{1}{f}$

Nguyên tắc: Biết 2 trong 4 đại lượng $(v, \lambda, f, T)$ → tính được 2 đại lượng còn lại.

6. Ví dụ tổng hợp

Bài toán: Sóng truyền trên dây với tốc độ $v = 2$ m/s, tần số $f = 10$ Hz. Tính bước sóng $\lambda$ và chu kỳ $T$.

Lời giải:

Cách 1: Tính trực tiếp

  • Chu kỳ: $T = \frac{1}{f} = \frac{1}{10} = 0.1$ s
  • Bước sóng: $\lambda = vT = 2 \times 0.1 = 0.2$ m

Cách 2: Dùng công thức khác

  • Bước sóng: $\lambda = \frac{v}{f} = \frac{2}{10} = 0.2$ m ✓

Đáp án:

  • $\lambda = 0.2$ m = 20 cm
  • $T = 0.1$ s

IV. TỐC ĐỘ TRUYỀN SÓNG TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG

1. Tốc độ sóng trên dây

📌 Công thức:

$$\boxed{v = \sqrt{\frac{F}{\mu}}}$$

Trong đó:

  • $F$: Lực căng dây (N)
  • $\mu$ (mu): Mật độ khối lượng dây (kg/m)
  • $\mu = \frac{m}{l}$ với $m$ là khối lượng dây, $l$ là chiều dài dây

Nhận xét:

  • Lực căng $F$ tăng → tốc độ $v$ tăng
  • Mật độ $\mu$ tăng (dây nặng hơn) → tốc độ $v$ giảm

Ví dụ 4: Một sợi dây dài 2 m, khối lượng 0.01 kg, được căng nằm ngang bởi lực $F = 50$ N. Tính tốc độ truyền sóng trên dây.

Lời giải:

Bước 1: Tính mật độ khối lượng $$\mu = \frac{m}{l} = \frac{0.01}{2} = 0.005 \text{ kg/m}$$

Bước 2: Tính tốc độ $$v = \sqrt{\frac{F}{\mu}} = \sqrt{\frac{50}{0.005}} = \sqrt{10000} = 100 \text{ m/s}$$

Đáp án: Tốc độ truyền sóng là 100 m/s.

2. Tốc độ sóng âm trong các môi trường

Bảng tham khảo:

Môi trường Tốc độ (m/s) Ghi chú
Không khí (0°C) 331 Nhiệt độ thấp
Không khí (20°C) 340 Nhiệt độ phòng
Nước (25°C) 1500 Gấp ~4 lần không khí
Thép 5000 Chất rắn
Sắt 5000 Chất rắn
Nhôm 5100 Chất rắn
Bê tông 3700-4000 Chất rắn

Quy luật chung:

$$v_{rắn} > v_{lỏng} > v_{khí}$$

Giải thích: Chất rắn có độ đàn hồi cao nhất → sóng truyền nhanh nhất.

Ảnh hưởng của nhiệt độ:

  • Trong chất khí: Nhiệt độ tăng → tốc độ âm tăng
  • Công thức gần đúng: $v = 331 + 0.6t$ (m/s) với $t$ là nhiệt độ °C

3. Tốc độ sóng trên mặt nước

Tốc độ sóng trên mặt nước phụ thuộc vào độ sâu $h$ và bước sóng $\lambda$:

Nước nông ($h < \frac{\lambda}{20}$): $$v \approx \sqrt{gh}$$

Nước sâu ($h > \frac{\lambda}{2}$): $$v \approx \sqrt{\frac{g\lambda}{2\pi}}$$

Trong đó: $g = 10$ m/s² (hoặc 9.8 m/s²) là gia tốc trọng trường.

V. GIAO THOA SÓNG

1. Điều kiện giao thoa

Hai nguồn sóng kết hợp $S_1$ và $S_2$:

  • Cùng tần số: $f_1 = f_2$
  • Độ lệch pha không đổi theo thời gian

Khi đó, hai sóng giao thoa với nhau tạo ra vùng giao thoa ổn định.

2. Công thức giao thoa

Giả sử: Hai nguồn $S_1$, $S_2$ cách nhau khoảng $l$, dao động cùng pha.

Điểm M cách $S_1$ là $d_1$, cách $S_2$ là $d_2$.

Hiệu đường đi: $$\Delta d = |d_1 – d_2|$$

a) Điểm dao động với biên độ cực đại (cực đại giao thoa):

Điều kiện: $$\boxed{|d_1 – d_2| = k\lambda} \quad (k = 0, \pm 1, \pm 2, …)$$

Giải thích: Hai sóng từ $S_1$ và $S_2$ đến M cùng pha → tăng cường lẫn nhau → biên độ cực đại.

b) Điểm dao động với biên độ cực tiểu (cực tiểu giao thoa):

Điều kiện: $$\boxed{|d_1 – d_2| = \left(k + \frac{1}{2}\right)\lambda = \frac{(2k+1)\lambda}{2}} \quad (k = 0, \pm 1, \pm 2, …)$$

Giải thích: Hai sóng từ $S_1$ và $S_2$ đến M ngược pha → triệt tiêu lẫn nhau → biên độ cực tiểu (bằng 0 nếu hai nguồn cùng biên độ).

Trường hợp hai nguồn ngược pha:

Đổi vị trí cực đại và cực tiểu:

  • Cực đại: $|d_1 – d_2| = \left(k + \frac{1}{2}\right)\lambda$
  • Cực tiểu: $|d_1 – d_2| = k\lambda$

3. Số điểm cực đại, cực tiểu

Trên đoạn thẳng $S_1S_2$ (hai nguồn cùng pha):

Số điểm cực đại:

$$\boxed{-\frac{l}{\lambda} < k < \frac{l}{\lambda}}$$

Đếm số giá trị nguyên $k$ thỏa mãn.

Số điểm cực tiểu:

$$-\frac{l}{\lambda} < k + \frac{1}{2} < \frac{l}{\lambda}$$

Hay:

$$-\frac{l}{\lambda} – \frac{1}{2} < k < \frac{l}{\lambda} – \frac{1}{2}$$

Đếm số giá trị nguyên $k$ thỏa mãn.

Ví dụ 5: Hai nguồn $S_1$, $S_2$ cách nhau $l = 10$ cm, dao động cùng pha với bước sóng $\lambda = 2$ cm. Tính số điểm cực đại trên đoạn $S_1S_2$.

Lời giải:

Điều kiện cực đại: $$-\frac{10}{2} < k < \frac{10}{2}$$ $$-5 < k < 5$$

Các giá trị nguyên của $k$: $-4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4$

Số điểm cực đại: 9 điểm

Đáp án: 9 điểm cực đại.

Ví dụ 6: Với cùng dữ liệu trên, tính số điểm cực tiểu.

Lời giải:

Điều kiện cực tiểu: $$-5 < k + \frac{1}{2} < 5$$ $$-5.5 < k < 4.5$$

Các giá trị nguyên của $k$: $-5, -4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4$

Số điểm cực tiểu: 10 điểm

Đáp án: 10 điểm cực tiểu.

VI. BẢNG CÔNG THỨC TỔNG HỢP

A. Công thức cơ bản

Đại lượng Công thức Đơn vị
Tần số góc $\omega = 2\pi f = \frac{2\pi}{T}$ rad/s
Tốc độ truyền sóng $v = \lambda f = \frac{\lambda}{T}$ m/s
Bước sóng $\lambda = vT = \frac{v}{f}$ m
Chu kỳ $T = \frac{\lambda}{v} = \frac{1}{f}$ s
Tần số $f = \frac{v}{\lambda} = \frac{1}{T}$ Hz

B. Phương trình sóng

Vị trí Phương trình
Tại nguồn O $u_O = A\cos(\omega t + \varphi)$
Tại điểm M $u_M = A\cos\left(\omega t – \frac{2\pi x}{\lambda} + \varphi\right)$
Độ lệch pha $\Delta\varphi = \frac{2\pi d}{\lambda}$

C. Điều kiện về pha

Quan hệ Độ lệch pha Điều kiện khoảng cách
Cùng pha $\Delta\varphi = 2k\pi$ $d = k\lambda$
Ngược pha $\Delta\varphi = (2k+1)\pi$ $d = (k+\frac{1}{2})\lambda$
Vuông pha $\Delta\varphi = (2k+1)\frac{\pi}{2}$ $d = (k+\frac{1}{4})\lambda$

D. Tốc độ truyền sóng

Loại sóng Công thức Ghi chú
Sóng trên dây $v = \sqrt{\frac{F}{\mu}}$ $\mu = \frac{m}{l}$
Sóng âm Phụ thuộc môi trường Xem bảng tham khảo

E. Giao thoa (hai nguồn cùng pha)

Loại điểm Điều kiện
Cực đại $|d_1 – d_2| = k\lambda$
Cực tiểu $|d_1 – d_2| = (k+\frac{1}{2})\lambda$

VII. SO SÁNH CÁC ĐẠI LƯỢNG

1. Bước sóng vs Chu kỳ

Tiêu chí Bước sóng ($\lambda$) Chu kỳ ($T$)
Định nghĩa Khoảng cách trong không gian Khoảng thời gian
Đơn vị m (mét) s (giây)
Đặc trưng Đặc trưng không gian Đặc trưng thời gian
Ý nghĩa vật lý Quãng đường sóng truyền trong 1 chu kỳ Thời gian thực hiện 1 dao động
Liên hệ $\lambda = vT$ $T = \frac{\lambda}{v}$

Nhận xét: Bước sóng và chu kỳ liên hệ với nhau qua tốc độ truyền sóng.

2. Tốc độ truyền sóng vs Tốc độ dao động

Tiêu chí Tốc độ truyền sóng ($v$) Tốc độ dao động ($v_{dao động}$)
Ý nghĩa Tốc độ lan truyền của sóng Tốc độ dao động của phần tử
Phụ thuộc Môi trường (F, $\mu$) Biên độ, tần số
Công thức $v = \lambda f$ $v_{max} = A\omega$
Hướng Dọc theo phương truyền sóng Vuông góc (sóng ngang) hoặc song song (sóng dọc)

Lưu ý quan trọng: Hai tốc độ này HOÀN TOÀN KHÁC NHAU!

  • Tốc độ truyền sóng: Không đổi (phụ thuộc môi trường)
  • Tốc độ dao động: Biến thiên điều hòa theo thời gian

VIII. MẸO VÀ LƯU Ý

1. Mẹo nhớ công thức

Mẹo 1: Công thức trung tâm

$v = \lambda f$

Đây là công thức cốt lõi! Từ đây suy ra tất cả các công thức khác:

  • $\lambda = \frac{v}{f}$
  • $f = \frac{v}{\lambda}$
  • Kết hợp $f = \frac{1}{T}$ → $v = \frac{\lambda}{T}$

Mẹo 2: Nhớ hệ số $2\pi$

Các công thức liên quan đến góc đều có $2\pi$:

  • Độ lệch pha: $\Delta\varphi = \frac{2\pi d}{\lambda}$
  • Tần số góc: $\omega = 2\pi f = \frac{2\pi}{T}$
  • Phương trình sóng: $u_M = A\cos\left(\omega t – \frac{2\pi x}{\lambda}\right)$

Mẹo 3: Giao thoa – nhớ theo “k”

  • Cực đại: Hiệu đường đi = k lần $\lambda$ (số nguyên)
  • Cực tiểu: Hiệu đường đi = (k + 1/2) lần $\lambda$ (số bán nguyên)

Cách nhớ: “Cực Đại – Đủ (k nguyên)”, “Cực Tiểu – Thiếu nửa (k + 1/2)”

Mẹo 4: Phân biệt $\lambda$ và A

  • $\lambda$ (lambda): Bước sóng – khoảng cách (m)
  • $A$: Biên độ – độ lệch cực đại (m)

Hai đại lượng này hoàn toàn khác nhau!

2. Các sai lầm thường gặp

SAI LẦM 1: Nhầm bước sóng $\lambda$ với biên độ A

Sai: Bước sóng là độ lệch cực đại ❌

Đúng:

  • Biên độ $A$ là độ lệch cực đại
  • Bước sóng $\lambda$ là khoảng cách giữa 2 điểm cùng pha liên tiếp ✓

SAI LẦM 2: Nhầm tốc độ truyền sóng với tốc độ dao động

Sai: $v = A\omega$ là tốc độ truyền sóng ❌

Đúng:

  • $v = \lambda f$ là tốc độ truyền sóng ✓
  • $v_{max} = A\omega$ là tốc độ dao động cực đại ✓

SAI LẦM 3: Quên dấu âm trong phương trình sóng

Sai: $u_M = A\cos\left(\omega t + \frac{2\pi x}{\lambda}\right)$ ❌

Đúng: $u_M = A\cos\left(\omega t – \frac{2\pi x}{\lambda}\right)$ ✓

Dấu “-” thể hiện M dao động chậm pha hơn O.

SAI LẦM 4: Nhầm điều kiện cực đại và cực tiểu

Sai: Cực đại khi $|d_1 – d_2| = (k+\frac{1}{2})\lambda$ ❌

Đúng:

  • Cực đại: $|d_1 – d_2| = k\lambda$ ✓
  • Cực tiểu: $|d_1 – d_2| = (k+\frac{1}{2})\lambda$ ✓

3. Đơn vị cần nhớ

Bảng đơn vị:

Đại lượng Đơn vị SI Đơn vị khác
Tần số $f$ Hz (Hertz) 1/s, vòng/giây
Chu kỳ $T$ s (giây) ms, phút
Tốc độ $v$ m/s cm/s, km/h
Bước sóng $\lambda$ m (mét) cm, mm, km
Biên độ $A$ m (mét) cm, mm

Lưu ý: Luôn đổi về đơn vị SI trước khi tính toán!

IX. BÀI TẬP MẪU

Bài 1: Tính bước sóng

Đề bài: Sóng truyền trong không khí với tốc độ $v = 320$ m/s, tần số $f = 800$ Hz. Tính bước sóng.

Lời giải:

Áp dụng công thức: $$\lambda = \frac{v}{f} = \frac{320}{800} = 0.4 \text{ m} = 40 \text{ cm}$$

Đáp án: Bước sóng là 0.4 m (hoặc 40 cm).

Bài 2: Tính tốc độ truyền sóng

Đề bài: Sóng có bước sóng $\lambda = 2$ m, chu kỳ $T = 0.5$ s. Tính tốc độ truyền sóng.

Lời giải:

Áp dụng công thức: $$v = \frac{\lambda}{T} = \frac{2}{0.5} = 4 \text{ m/s}$$

Đáp án: Tốc độ truyền sóng là 4 m/s.

Bài 3: Tốc độ sóng trên dây

Đề bài: Một sợi dây dài 1.5 m, khối lượng 30 g, được căng bởi lực $F = 60$ N. Tính tốc độ truyền sóng trên dây.

Lời giải:

Bước 1: Đổi đơn vị

  • $m = 30$ g $= 0.03$ kg

Bước 2: Tính mật độ khối lượng $$\mu = \frac{m}{l} = \frac{0.03}{1.5} = 0.02 \text{ kg/m}$$

Bước 3: Tính tốc độ $$v = \sqrt{\frac{F}{\mu}} = \sqrt{\frac{60}{0.02}} = \sqrt{3000} \approx 54.77 \text{ m/s}$$

Đáp án: Tốc độ truyền sóng khoảng 54.77 m/s.

Bài 4: Độ lệch pha

Đề bài: Hai điểm trên phương truyền sóng cách nhau 1.5 m. Biết bước sóng $\lambda = 2$ m. Tính độ lệch pha giữa hai điểm.

Lời giải:

Áp dụng công thức: $$\Delta\varphi = \frac{2\pi d}{\lambda} = \frac{2\pi \times 1.5}{2} = 1.5\pi \text{ rad}$$

Hoặc: $1.5\pi \times \frac{180°}{\pi} = 270°$

Đáp án: Độ lệch pha là $1.5\pi$ rad (hoặc 270°).

Bài 5: Giao thoa sóng

Đề bài: Hai nguồn $S_1$, $S_2$ cách nhau 8 cm, dao động cùng pha với bước sóng $\lambda = 2$ cm. Tính số điểm cực đại trên đoạn $S_1S_2$.

Lời giải:

Điều kiện cực đại: $$-\frac{l}{\lambda} < k < \frac{l}{\lambda}$$ $$-\frac{8}{2} < k < \frac{8}{2}$$ $$-4 < k < 4$$

Các giá trị nguyên của $k$: $-3, -2, -1, 0, 1, 2, 3$

Số điểm cực đại: 7 điểm

Đáp án: 7 điểm cực đại.

Bài 6: Phương trình sóng

Đề bài: Nguồn O dao động theo phương trình $u_O = 4\cos(20\pi t)$ cm. Sóng truyền với tốc độ $v = 40$ cm/s. Viết phương trình sóng tại điểm M cách O là 10 cm.

Lời giải:

Bước 1: Tính bước sóng

  • Tần số góc: $\omega = 20\pi$ rad/s
  • Tần số: $f = \frac{\omega}{2\pi} = \frac{20\pi}{2\pi} = 10$ Hz
  • Bước sóng: $\lambda = \frac{v}{f} = \frac{40}{10} = 4$ cm

Bước 2: Viết phương trình tại M $$u_M = 4\cos\left(20\pi t – \frac{2\pi \times 10}{4}\right)$$ $$= 4\cos(20\pi t – 5\pi) \text{ cm}$$

Rút gọn: $5\pi = 4\pi + \pi$, nên: $$u_M = 4\cos(20\pi t – \pi) = -4\cos(20\pi t) \text{ cm}$$

Đáp án: $u_M = -4\cos(20\pi t)$ cm (hoặc $u_M = 4\cos(20\pi t – 5\pi)$ cm)

X. KẾT LUẬN

Bài viết đã trình bày đầy đủ công thức sóng cơ:

Công thức tốc độ: $v = \lambda f = \frac{\lambda}{T}$

Công thức bước sóng: $\lambda = vT = \frac{v}{f}$

Phương trình sóng: $u_M = A\cos\left(\omega t – \frac{2\pi x}{\lambda} + \varphi\right)$

Độ lệch pha: $\Delta\varphi = \frac{2\pi d}{\lambda}$

Giao thoa:

  • Cực đại: $|d_1 – d_2| = k\lambda$
  • Cực tiểu: $|d_1 – d_2| = (k+\frac{1}{2})\lambda$

Tốc độ trên dây: $v = \sqrt{\frac{F}{\mu}}$

Công thức QUAN TRỌNG NHẤT

$$\boxed{v = \lambda f}$$

Từ công thức này, có thể suy ra tất cả các công thức khác!

Mối quan hệ:

  • $\lambda = \frac{v}{f}$
  • $f = \frac{v}{\lambda}$
  • Với $f = \frac{1}{T}$ → $v = \frac{\lambda}{T}$

Lời khuyên học tập

📌 Học thuộc công thức $v = \lambda f$ – Đây là nền tảng của mọi bài toán sóng cơ

📌 Phân biệt rõ $\lambda$ và $T$ – Một cái đặc trưng không gian (m), một cái đặc trưng thời gian (s)

📌 Nhớ hệ số $2\pi$ trong độ lệch pha: $\Delta\varphi = \frac{2\pi d}{\lambda}$

📌 Chú ý dấu “-“ trong phương trình sóng: $\omega t – \frac{2\pi x}{\lambda}$

📌 Luyện tập giao thoa sóng – Đây là dạng bài khó và hay ra thi

📌 Phân biệt hai tốc độ – Tốc độ truyền sóng $\neq$ Tốc độ dao động

📌 Làm nhiều bài tập – Đặc biệt các dạng tính $\lambda$, giao thoa, phương trình sóng

Cô Trần Thị Bình

Cô Trần Thị Bình

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Tổ trưởng chuyên môn Tổ Lý – Hóa – Sinh tại Edus

Trình độ: Cử nhân Sư phạm Vật lý, Hoá Học, Bằng Thạc sĩ, Chức danh nghề nghiệp Giáo viên THPT – Hạng II, Tin học ứng dụng cơ bản, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 12+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Gia Định