THUNG LŨNG TRONG VẬT LÝ LÀ GÌ? (CÓ VÍ DỤ) - VẬT LÝ - 2026

Các thung lũng trong vật lý là một cái tên được áp dụng trong việc nghiên cứu các hiện tượng sóng, để chỉ ra mức tối thiểu hoặc giá trị thấp nhất của một làn sóng. Vì vậy, một thung lũng được coi là một trọng điểm hoặc trầm tích.

Trong trường hợp sóng tròn hình thành trên bề mặt nước khi một giọt nước hoặc một viên đá rơi xuống, những chỗ lõm xuống là thung lũng của sóng và những chỗ phồng lên là gờ.

Hình 1. Các thung lũng và gờ trong sóng tròn. Nguồn: pixabay

Một ví dụ khác là sóng tạo ra trong một sợi dây căng, một đầu của nó được tạo ra để dao động theo phương thẳng đứng, trong khi đầu kia vẫn cố định. Trong trường hợp này, sóng được tạo ra lan truyền với một tốc độ nhất định, có dạng hình sin và cũng được tạo thành từ các thung lũng và rãnh.

Các ví dụ trên đề cập đến sóng ngang, bởi vì các thung lũng và gờ chạy ngang hoặc vuông góc với hướng truyền.

Tuy nhiên, khái niệm tương tự có thể được áp dụng cho các sóng dọc như âm thanh trong không khí, mà các dao động của nó xảy ra theo cùng một hướng truyền. Tại đây, các thung lũng của sóng sẽ là nơi có mật độ không khí nhỏ nhất và là các đỉnh mà không khí đặc hơn hoặc bị nén.

Các thông số của wave

Khoảng cách giữa hai thung lũng, hoặc khoảng cách giữa hai rặng núi, được gọi là bước sóng và được ký hiệu bằng chữ cái Hy Lạp λ. Một điểm trên sóng thay đổi từ ở trong thung lũng thành đỉnh khi dao động lan truyền.

Hình 2. Dao động của sóng. Nguồn: wikimedia commons

Thời gian vật đi từ một thung lũng, ở một vị trí cố định được gọi là chu kỳ của dao động và thời gian này được ký hiệu là t viết hoa: T.

Trong khoảng thời gian T sóng tiến một bước sóng λ, đó là lý do tại sao người ta nói rằng tốc độ v mà sóng tiến là:

v = λ / T

Khoảng cách hoặc khoảng cách thẳng đứng giữa thung lũng và đỉnh của sóng bằng hai lần biên độ dao động, tức là khoảng cách từ thung lũng đến tâm của dao động thẳng đứng là biên độ A của sóng.

Thung lũng và rặng núi trong sóng điều hòa

Một sóng là điều hòa nếu hình dạng của nó được mô tả bằng các hàm toán học sin hoặc côsin. Nói chung, một sóng điều hòa được viết là:

y (x, t) = A cos (k⋅x ± ω⋅t)

Trong phương trình này, biến y biểu thị độ lệch hoặc độ dịch chuyển so với vị trí cân bằng (y = 0) tại vị trí x tại thời điểm t.

Tham số A là biên độ của dao động, một đại lượng luôn dương biểu thị độ lệch từ tâm của sóng đến tâm của dao động (y = 0). Trong sóng điều hòa, độ lệch y, từ thung lũng đến đỉnh, là A / 2.

Số sóng

Các tham số khác xuất hiện trong công thức sóng điều hòa, cụ thể là trong đối số của hàm sin, là số sóng k và tần số góc ω.

Số sóng k liên quan đến bước sóng λ bằng biểu thức sau:

k = 2π / λ

Tần số góc

Tần số góc ω liên quan đến chu kỳ T bằng:

ω = 2π / T

Lưu ý rằng ± xuất hiện trong đối số của hàm sin, nghĩa là trong một số trường hợp, dấu dương được áp dụng và trong một số trường hợp khác, dấu âm được áp dụng.

Nếu một sóng đang truyền theo chiều dương x thì đó là dấu trừ (-) nên được áp dụng. Ngược lại, nghĩa là trong một sóng truyền theo hướng âm, dấu dương (+) được áp dụng.

Tốc độ sóng hài

Tốc độ lan truyền của sóng điều hòa có thể được viết dưới dạng hàm của tần số góc và số sóng như sau:

v = ω / k

Dễ dàng chứng minh rằng biểu thức này hoàn toàn tương đương với biểu thức chúng ta đã đưa ra trước đó về bước sóng và chu kỳ.

Ví dụ về thung lũng: dây phơi quần áo

Một đứa trẻ phát sóng với sợi dây của một sợi dây phơi quần áo mà em cởi một đầu và làm nó dao động điều hòa theo phương thẳng đứng với tốc độ 1 dao động trong một giây.

Trong quá trình này, trẻ nằm yên tại chỗ và chỉ cử động cánh tay lên xuống và ngược lại.

Trong khi cậu bé tạo ra sóng, anh trai của cậu đã chụp ảnh cậu bằng điện thoại di động. Khi bạn so sánh kích thước của gợn sóng với chiếc ô tô đỗ ngay sau sợi dây, bạn nhận thấy rằng khoảng cách theo chiều dọc giữa các rãnh và gờ bằng với chiều cao của cửa sổ ô tô (44 cm).

Trong ảnh cũng có thể thấy khoảng cách giữa hai thung lũng liên tiếp giống như khoảng cách giữa mép sau của cửa sau và mép trước của cửa trước (2,6 m).

Hàm sóng hài cho chuỗi

Với những dữ liệu này, người anh đề xuất tìm hàm sóng điều hòa với giả thiết là thời điểm ban đầu (t = 0) thời điểm tay em trai ở điểm cao nhất.

Nó cũng sẽ giả sử rằng trục x bắt đầu (x = 0) tại vị trí đặt bàn tay, với hướng dương về phía trước và đi qua điểm giữa của dao động thẳng đứng. Với thông tin này, bạn có thể tính toán các tham số của sóng điều hòa:

Biên độ bằng một nửa chiều cao từ thung lũng đến sườn núi, đó là:

A = 44cm / 2 = 22cm = 0,22m

Số sóng là

k = 2π / (2,6 m) = 2,42 rad / m

Khi đứa trẻ nâng và hạ tay xuống trong thời gian một giây thì tần số góc sẽ là

ω = 2π / (1 s) = 6,28 rad / s

Tóm lại, công thức của sóng điều hòa là

y (x, t) = 0,22m cos (2,42⋅x - 6,28 ⋅t)

Tốc độ truyền của sóng sẽ là

v = 6,28 rad / s / 2,42 rad / m = 15,2 m / s

Vị trí của các thung lũng trên dây

Thung lũng đầu tiên một giây sau khi bắt đầu chuyển động của bàn tay sẽ ở khoảng cách d từ đứa trẻ và được cho bởi mối quan hệ sau:

y (d, 1s) = -0,22m = 0,22m cos (2,42⋅d - 6,28 ⋅1)

Có nghĩa là

cos (2,42⋅d - 6,28) = -1

Điều đó có nghĩa là

2,42⋅d - 6,28 = -π

2,42⋅d = π

d = 1,3 m (vị trí của thung lũng gần nhất lúc t = 1s)

Người giới thiệu

1. Giancoli, D. Vật lý. Nguyên tắc với Ứng dụng. Phiên bản thứ 6. Sảnh Prentice. 80-90
2. Resnick, R. (1999). Vật lý. Tập 1. Ấn bản thứ ba bằng tiếng Tây Ban Nha. Mexico. Compañía Editorial Continental SA de CV 100-120.
3. Serway, R., Jewett, J. (2008). Vật lý cho Khoa học và Kỹ thuật. Tập 1. Thứ 7. Phiên bản. Mexico. Các biên tập viên của Cengage Learning. 95-100.
4. Chuỗi, sóng dừng và sóng hài. Đã khôi phục từ: newt.phys.unsw.edu.au

Sóng và Sóng hài đơn giản cơ học. Khôi phục từ: Physicskey.com.