Sóng bao quanh chúng ta ở khắp mọi nơi, khi chúng ta đang sống trong một thế giới của chuyển động và âm thanh. Bản chất của quá trình sóng là gì, bản chất của lý thuyết về quá trình sóng là gì? Hãy xem điều này với một ví dụ về các thử nghiệm.
Khái niệm về sóng trong vật lý
Một khái niệm chung cho nhiều quá trình là sự hiện diện của âm thanh. Theo định nghĩa, âm thanh là kết quả của các chuyển động dao động nhanh được tạo ra bởi không khí hoặc phương tiện khác do cơ quan thính giác của chúng ta cảm nhận được. Biết được định nghĩa này, chúng ta có thể tiến tới xem xét khái niệm "quá trình sóng". Có một số thử nghiệm cho phép bạn xem xét hiện tượng này một cách trực quan.
Các quá trình sóng được nghiên cứu trong vật lý có thể được quan sát dưới dạng sóng vô tuyến, sóng âm thanh, sóng nén khi sử dụng dây thanh quản. Chúng phát tán trong không khí.
Để xác định khái niệm một cách trực quan, hãy ném một viên đá vào một vũng nước và mô tả sự lan truyền của các hiệu ứng. Đây là một ví dụ về sóng hấp dẫn. Nó xảy ra do sự lên xuống của chất lỏng.
Âm học
Toàn bộ phần gọi là "Âm học" được dành cho việc nghiên cứu các đặc tính của âm thanh trong vật lý. Hãy xem nó có đặc điểm gì. Hãy tập trung vào mọi thứ vàquy trình mà mọi thứ vẫn chưa rõ ràng, về các vấn đề vẫn đang chờ được giải quyết.
Âm học, giống như các ngành khác của vật lý, vẫn còn nhiều bí ẩn chưa được giải đáp. Chúng vẫn chưa được mở. Hãy xem xét quá trình sóng trong âm học.
Âm
Khái niệm này gắn liền với sự hiện diện của các chuyển động dao động, được tạo ra bởi các hạt của môi trường. Âm thanh là một chuỗi các quá trình dao động liên quan đến sự xuất hiện của sóng. Trong quá trình hình thành ở môi trường nén và quá trình hiếm, một quá trình sóng xảy ra.
Các chỉ số bước sóng phụ thuộc vào bản chất của môi trường nơi các quá trình dao động diễn ra. Hầu hết tất cả các hiện tượng xảy ra trong tự nhiên đều gắn liền với sự hiện diện của dao động âm thanh và sóng âm truyền trong môi trường.
Ví dụ về xác định quá trình sóng trong tự nhiên
Những chuyển động này có thể thông báo về hiện tượng của quá trình sóng. Sóng âm tần số cao có thể di chuyển hàng nghìn km, chẳng hạn như khi núi lửa phun trào.
Khi động đất xảy ra, các rung động âm thanh và địa âm mạnh xảy ra, có thể được ghi lại bằng máy thu âm thanh đặc biệt.
Trong trận động đất dưới nước, một hiện tượng thú vị và khủng khiếp xảy ra - sóng thần, là một cơn sóng lớn phát sinh trong quá trình biểu hiện mạnh mẽ dưới lòng đất hoặc dưới nước của các yếu tố.
Nhờ âm thanh, bạn có thể nhận được thông tin rằng một trận sóng thần đang đến gần. Nhiều người trong số những hiện tượng này đã được biết đến từ lâu. Nhưng cho đến nay, một số khái niệm vật lýyêu cầu nghiên cứu cẩn thận. Vì vậy, để nghiên cứu những bí ẩn vẫn chưa được giải đáp, sóng âm thanh sẽ là giải cứu.
Thuyết kiến tạo
Vào thế kỷ 18, "giả thuyết thảm họa" ra đời. Vào thời điểm đó, các khái niệm "yếu tố" và "tính đều đặn" không được kết nối với nhau. Sau đó, họ phát hiện ra rằng tuổi của đáy đại dương trẻ hơn nhiều so với đất liền và bề mặt này liên tục được cập nhật.
Chính vào thời điểm này, nhờ một cái nhìn mới về trái đất, giả thuyết điên rồ đó đã phát triển thành lý thuyết "Kiến tạo của các mảng thạch quyển", trong đó nói rằng lớp phủ của trái đất chuyển động và phần cứng nổi. Quá trình như vậy tương tự như chuyển động của băng vĩnh cửu.
Để hiểu được quy trình được mô tả, điều quan trọng là phải thoát khỏi những định kiến và quan điểm theo thói quen, để nhận ra những kiểu hiện hữu khác.
Những tiến bộ hơn nữa trong khoa học
Sự sống địa chất trên trái đất có thời gian và trạng thái riêng của vật chất. Khoa học đã thành công trong việc tái tạo lại sự tương đồng. Đáy đại dương liên tục chuyển động, gây ra các vết nứt và hình thành rãnh khi vật chất mới trồi lên từ độ sâu của trái đất lên bề mặt và dần dần nguội đi.
Tại thời điểm này, các quá trình xảy ra trên đất liền khi các mảng khổng lồ của thạch quyển nổi trên bề mặt lớp phủ của trái đất - lớp vỏ đá phía trên của trái đất, mang các lục địa và đáy biển.
Số lượng tấm như vậy là khoảng mười tấm. Lớp phủ không nghỉ nên các đĩa thạch quyển bắt đầu chuyển động. Trong điều kiện phòng thí nghiệm, quá trình này có vẻ như là một trải nghiệm duyên dáng.
Trong tự nhiên, nó đe dọa một thảm họa địa chất- động đất. Lý do cho sự chuyển động của các mảng thạch quyển là do các quá trình đối lưu toàn cầu xảy ra ở độ sâu của trái đất. Kết quả của sự sôi sục sẽ là một cơn sóng thần.
Nhật
Trong số các khu vực nguy hiểm về địa chấn khác trên trái đất, Nhật Bản chiếm một vị trí đặc biệt, chuỗi đảo này được gọi là "vành đai lửa".
Theo sát nhịp thở của lòng đất, người ta có thể đoán trước được thảm họa sắp xảy ra. Để nghiên cứu các quá trình dao động, một giàn khoan cực sâu đã được đưa vào độ dày của trái đất. Nó xuyên qua độ sâu 12 km và cho phép các nhà khoa học đưa ra kết luận về sự hiện diện của một số loại đá bên trong trái đất.
Tốc độ của sóng điện từ được học trong các bài Vật lí lớp 9. Thể hiện kinh nghiệm với các quả nặng nằm cách nhau một khoảng bằng nhau. Chúng được nối với nhau bằng các lò xo giống hệt nhau ở dạng thông thường.
Nếu bạn dịch quả nặng thứ nhất sang phải một khoảng nhất định, quả nặng thứ hai vẫn ở vị trí cũ một lúc, nhưng lò xo đã bắt đầu nén.
Định nghĩa thuật ngữ "sóng"
Vì quá trình như vậy đã xảy ra, một lực đàn hồi đã phát sinh sẽ đẩy quả nặng thứ hai. Anh ta sẽ nhận được gia tốc, sau một thời gian anh ta sẽ lấy vận tốc, chuyển động theo hướng này và nén lò xo giữa quả nặng thứ hai và thứ ba. Lần lượt, thứ ba sẽ nhận được gia tốc, bắt đầu tăng tốc, chuyển số và tác động đến lò xo thứ tư. Và quá trình này sẽ diễn ra trên tất cả các phần tử của hệ thống.
Trong trường hợp này, sự dịch chuyển của tải thứ hai cùngthời gian sẽ xảy ra muộn hơn lần đầu tiên. Hiệu quả luôn đi sau nguyên nhân.
Ngoài ra, sự dịch chuyển của tải thứ hai sẽ kéo theo sự dịch chuyển của tải thứ ba. Quá trình này có xu hướng lan rộng sang bên phải.
Nếu quả cân thứ nhất bắt đầu dao động theo quy luật điều hòa, thì quá trình này sẽ lan sang quả cân thứ hai, nhưng với một phản ứng chậm. Do đó, nếu bạn làm cho quả nặng thứ nhất dao động, bạn có thể nhận được một dao động lan truyền trong không gian theo thời gian. Đây là định nghĩa của wave.
Các loại sóng
Hãy tưởng tượng một chất bao gồm các nguyên tử, chúng là:
- có khối lượng - giống như trọng lượng được đề xuất trong thử nghiệm;
- kết nối với nhau, tạo thành một thể rắn thông qua các liên kết hóa học (như đã thảo luận trong thí nghiệm với lò xo).
Vấn đề là một hệ thống giống như một mô hình từ kinh nghiệm. Nó có thể lan truyền một sóng cơ học. Quá trình này gắn liền với sự xuất hiện của lực đàn hồi. Những sóng như vậy thường được gọi là "sóng nảy".
Có hai loại sóng đàn hồi. Để xác định chúng, bạn có thể lấy một chiếc lò xo dài, cố định ở một bên và kéo căng sang bên phải. Vì vậy, bạn có thể thấy rằng phương truyền sóng dọc theo lò xo. Các hạt của môi trường chuyển động theo cùng một hướng.
Trong sóng như vậy, bản chất của phương dao động của hạt trùng với phương truyền sóng. Khái niệm này được gọi là "sóng dọc".
Nếu bạn kéo dài thanh xuân và cho nó thời gian đếnđến trạng thái nghỉ rồi đổi vị mạnh theo phương thẳng đứng thì thấy sóng truyền dọc theo lò xo và bị phản xạ nhiều lần.
Nhưng hướng dao động của hạt bây giờ là thẳng đứng và phương truyền sóng là theo phương ngang. Đây là một làn sóng ngang. Nó chỉ có thể tồn tại trong chất rắn.
Tốc độ của sóng điện từ của các loại khác nhau là khác nhau. Tính chất này được các nhà địa chấn học sử dụng thành công để xác định khoảng cách tới các nguồn động đất.
Khi một làn sóng truyền đi, các hạt dao động dọc hoặc ngang, nhưng điều này không đi kèm với sự truyền vật chất, mà chỉ là sự chuyển động. Vì vậy, nó được chỉ ra trong sách giáo khoa "Vật lý" Lớp 9.
Đặc điểm của phương trình sóng
Phương trình sóng trong khoa học vật lý là một loại phương trình vi phân tuyến tính hypebol. Nó cũng được sử dụng cho các lĩnh vực khác của vật lý lý thuyết. Đây là một trong những phương trình mà vật lý toán học sử dụng để tính toán. Đặc biệt, các sóng hấp dẫn được mô tả. Được sử dụng để mô tả các quy trình:
- trong âm học, như một quy luật, loại tuyến tính;
- trong điện động lực học.
Các quá trình sóng được hiển thị trong phép tính cho trường hợp đa chiều của phương trình sóng thuần nhất.
Sự khác biệt giữa sóng và dao động
Khám phá đáng chú ý đến từ suy nghĩ về một hiện tượng bình thường. Galileo lấy nhịp đập của trái tim mình làm tiêu chuẩn của thời gian. Do đó, người ta đã phát hiện ra tính không đổi của quá trình dao động của con lắc - một trong những quy định chính của cơ học. Nóhoàn toàn chỉ dành cho một con lắc toán học - một hệ dao động lý tưởng, được đặc trưng bởi:
- vị trí thăng bằng;
- lực đưa cơ thể về vị trí cân bằng khi nó lệch;
- chuyển tiếp năng lượng khi xảy ra dao động.
Để hệ mất cân bằng thì điều kiện để xảy ra dao động là cần thiết. Trong trường hợp này, một năng lượng nhất định được báo cáo. Các hệ thống rung khác nhau yêu cầu các loại năng lượng khác nhau.
Dao động là một quá trình được đặc trưng bởi sự lặp lại liên tục của các chuyển động hoặc trạng thái của hệ thống trong những khoảng thời gian nhất định. Một minh chứng rõ ràng về quá trình dao động là ví dụ về con lắc dao động.
Quá trình dao động và sóng được quan sát thấy trong hầu hết các hiện tượng tự nhiên. Sóng có chức năng biến đổi hoặc thay đổi trạng thái của môi trường, lan truyền trong không gian và mang năng lượng mà không cần chuyển vật chất. Đây là một tính chất đặc biệt của các quá trình sóng; chúng đã được nghiên cứu trong vật lý trong một thời gian dài. Khi nghiên cứu, bạn có thể đánh dấu bước sóng.
Sóng âm có thể tồn tại trong mọi hình cầu, chúng không chỉ tồn tại trong chân không. Sóng điện từ có những tính chất đặc biệt. Chúng có thể tồn tại ở mọi nơi, ngay cả trong môi trường chân không.
Năng lượng của sóng phụ thuộc vào biên độ của nó. Sóng tròn, lan truyền từ nguồn, phân tán năng lượng trong không gian, do đó biên độ của nó giảm nhanh chóng.
Một sóng tuyến tính có những đặc tính thú vị. Năng lượng của nó không bị tiêu tán trong không gian, do đóbiên độ của các sóng như vậy chỉ giảm do lực ma sát.
Hướng truyền sóng được mô tả bởi các tia - các đường vuông góc với mặt trước của sóng.
Góc giữa tia tới và pháp tuyến là góc tới. Giữa pháp tuyến và chùm tia phản xạ là góc phản xạ. Sự bằng nhau của các góc này được giữ nguyên tại bất kỳ vị trí nào của chướng ngại vật so với mặt trước của sóng.
Khi các sóng chuyển động ngược chiều gặp nhau, sóng dừng có thể hình thành.
Kết quả
Các hạt của môi trường giữa các nút lân cận của sóng dừng dao động cùng pha. Đây là các tham số của quá trình sóng được cố định trong các phương trình sóng. Khi các sóng gặp nhau, có thể quan sát được cả sự tăng và giảm biên độ của chúng.
Biết được các đặc điểm chính của quá trình sóng, có thể xác định biên độ của sóng tạo thành tại một điểm nhất định. Hãy xác định xem sóng từ nguồn thứ nhất và thứ hai sẽ đến thời điểm này trong pha nào. Hơn nữa, các giai đoạn ngược lại.
Nếu sự khác biệt về đường đi là một số lẻ của nửa sóng, thì biên độ của sóng thu được tại điểm này sẽ nhỏ nhất. Nếu sự khác biệt về đường đi bằng 0 hoặc bằng một số nguyên bước sóng thì sẽ quan sát thấy sự gia tăng biên độ của sóng thu được tại điểm gặp nhau. Đây là hình ảnh giao thoa khi sóng từ hai nguồn được thêm vào.
Tần số của sóng điện từ được cố định trong công nghệ hiện đại. Thiết bị nhận phải đăng ký sóng điện từ yếu. Nếu bạn đặt một tấm phản xạ, nhiều năng lượng sóng hơn sẽ đi vào máy thu. Hệ thống phản xạ được lắp đặt để nó tạo ra tối đatín hiệu trên thiết bị nhận.
Đặc điểm của quá trình sóng làm nền tảng cho những ý tưởng hiện đại về bản chất của ánh sáng và cấu trúc của vật chất. Như vậy, khi học chúng trong sách giáo khoa vật lý lớp 9, bạn có thể học thành công cách giải các bài toán từ lĩnh vực cơ học.
