Trả lời nhanh
Đối với sóng cơ học, tốc độ truyền sóng chỉ phụ thuộc vào môi trường truyền sóng (bản chất, tính đàn hồi, mật độ và nhiệt độ của môi trường). Nó không phụ thuộc vào tần số, biên độ hay chu kì của nguồn phát. Khi sóng truyền sang môi trường khác thì tốc độ đổi, còn tần số giữ nguyên nên bước sóng thay đổi theo.
Tốc độ truyền sóng là gì?
Tốc độ truyền sóng v là quãng đường mà dao động (pha dao động) lan được trong một đơn vị thời gian. Em đừng nhầm nó với tốc độ dao động của một phần tử môi trường: phần tử chỉ dao động tại chỗ quanh vị trí cân bằng, còn sóng mới là thứ lan đi.
Công thức liên hệ
Ba đại lượng tốc độ v, bước sóng λ và tần số f liên hệ với nhau qua công thức:
v = λ · f = λ / T
Trong một môi trường nhất định, v không đổi. Do đó khi nguồn tăng tần số f thì bước sóng λ giảm đi tương ứng, chứ không phải v tăng.
Những yếu tố quyết định tốc độ truyền sóng
- Bản chất và trạng thái của môi trường: sóng cơ truyền nhanh nhất trong chất rắn, chậm hơn trong chất lỏng và chậm nhất trong chất khí.
- Tính đàn hồi và mật độ: môi trường càng đàn hồi thì sóng truyền càng nhanh; môi trường càng “nặng” thì sóng truyền càng chậm.
- Nhiệt độ: với chất khí, nhiệt độ tăng thì tốc độ truyền âm tăng.
- Loại sóng: trong chất rắn, sóng dọc thường nhanh hơn sóng ngang.
Ví dụ giá trị tham khảo: âm truyền trong không khí ở khoảng 20 °C với tốc độ cỡ 340 m/s, trong nước cỡ 1500 m/s, trong thép cỡ 5000 m/s trở lên.
Những yếu tố không quyết định tốc độ truyền sóng
| Yếu tố | Ảnh hưởng đến tốc độ truyền sóng? | Ảnh hưởng đến đại lượng nào? |
|---|---|---|
| Tần số của nguồn | Không | Bước sóng (tỉ lệ nghịch với f) |
| Biên độ sóng | Không | Năng lượng sóng |
| Chu kì của nguồn | Không | Bước sóng (tỉ lệ thuận với T) |
| Môi trường truyền sóng | Có | Tốc độ truyền sóng v |
Ví dụ vì sao đổi môi trường thì bước sóng đổi
Một nguồn âm có tần số 440 Hz. Trong không khí (v ≈ 340 m/s), bước sóng là λ = 340 : 440 ≈ 0,77 m. Khi âm đi vào nước (v ≈ 1500 m/s), tần số vẫn 440 Hz nhưng λ = 1500 : 440 ≈ 3,4 m. Tần số do nguồn quyết định và không đổi khi sóng sang môi trường khác; tốc độ do môi trường quyết định nên bước sóng đổi.
Lỗi sai thường gặp
- Cho rằng tăng tần số thì sóng truyền nhanh hơn. Thực tế chỉ làm bước sóng ngắn lại.
- Nhầm tốc độ truyền sóng với tốc độ dao động của phần tử. Hai đại lượng này hoàn toàn khác nhau.
- Quên rằng khi sóng đổi môi trường thì tần số không đổi, tốc độ và bước sóng đổi.
Luyện tập
Bài 1. Nguồn sóng có tần số 50 Hz tạo ra sóng có bước sóng 4 cm trên mặt nước. Tính tốc độ truyền sóng.
Đáp án: v = λ · f = 4 × 50 = 200 cm/s = 2 m/s.
Bài 2. Giữ nguyên môi trường ở bài 1 và tăng tần số lên 100 Hz. Tốc độ và bước sóng mới là bao nhiêu?
Đáp án: Tốc độ vẫn 200 cm/s vì môi trường không đổi; bước sóng λ = v : f = 200 : 100 = 2 cm.
Bài 3. Sóng âm truyền từ không khí vào nước. Đại lượng nào không đổi?
Đáp án: Tần số (và chu kì). Tốc độ và bước sóng đều thay đổi.
Mở rộng cho bạn khá giỏi
Với sóng truyền trên sợi dây căng, tốc độ được tính bằng v = √(F/μ), trong đó F là lực căng dây và μ là khối lượng trên một đơn vị chiều dài. Căng dây chặt hơn (F lớn) thì sóng truyền nhanh hơn, dây nặng hơn (μ lớn) thì sóng truyền chậm hơn. Đây là lí do đàn ghi-ta lên dây chặt thì cao độ tăng.
Câu hỏi thường gặp
Tốc độ truyền sóng cơ phụ thuộc vào yếu tố nào?
Phụ thuộc vào môi trường truyền sóng: bản chất, tính đàn hồi, mật độ và nhiệt độ của môi trường.
Tốc độ truyền sóng có phụ thuộc vào tần số không?
Không. Tần số do nguồn quyết định; khi tần số thay đổi trong cùng một môi trường thì bước sóng thay đổi còn tốc độ giữ nguyên.
Sóng cơ truyền nhanh nhất trong môi trường nào?
Trong chất rắn; sau đó đến chất lỏng, và chậm nhất trong chất khí. Sóng cơ không truyền được trong chân không.
Công thức liên hệ giữa tốc độ, bước sóng và tần số là gì?
v = λ · f = λ / T.