[GIẢI ĐÁP] Nguồn Sóng Kết Hợp Là Các Nguồn Sóng Có Đặc Điểm Gì?

Nguồn sóng kết hợp là các nguồn sóng có đặc điểm gì? Điều này sẽ được Hocvanvuive giải đáp trong bài viết sau đây. Mời bạn đọc cùng theo dõi!

Câu Hỏi: Nguồn Sóng Kết Hợp Là Các Nguồn Sóng Có Đặc Điểm Gì?

Hai nguồn sóng kết hợp là hai nguồn dao động cùng phương

A. cùng tần số.

B. cùng biên độ.

C. độ lệch pha không đổi theo thời gian.

D. cùng tần số và độ lệch pha không đổi theo thời gian.

Đáp án đúng là D. Hai nguồn kết hợp là hai nguồn dao động cùng phương, cùng tần số và có độ lệch pha không đổi theo thời gian.

Định nghĩa và điều kiện xảy ra giao thoa sóng

Giao thoa là đặc tính tiêu biểu của tính chất sóng. Giao thoa thông thường liên quan đến sự tương tác giữa các sóng mà có sự tương quan hoặc kết hợp với nhau có thể là do chúng cùng được tạo ra từ một nguồn hoặc do chúng có cùng tần số hoặc tần số rất gần nhau.

Để có giao thoa sóng xảy ra, các sóng phải là sóng kết hợp, tức là có biên độ, tần số và pha không đổi theo thời gian. Ngoài ra, các nguồn phát ra các sóng kết hợp phải có cùng phương và cùng tần số (hoặc rất gần nhau), và có độ lệch pha không đổi theo thời gian.

Công thức và nguyên lý giao thoa sóng

Khi hai hoặc nhiều sóng kết hợp gặp nhau trong cùng một không gian, biên độ dao động của môi trường truyền sóng tại mỗi điểm sẽ bằng tổng biên độ dao động của các sóng thành phần. Đây là nguyên lý chồng chập hay cộng gộp của các dao động.

Tùy vào mối quan hệ pha giữa các sóng thành phần, biên độ dao động tổng hợp có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn biên độ dao động của từng sóng riêng lẻ. Khi hai sóng cùng pha (độ lệch pha bằng 0 hoặc bội số của 2π), biên độ dao động tổng hợp sẽ bằng tổng biên độ dao động của hai sóng. Đây là trường hợp giao thoa cộng hay tăng cường. Khi hai sóng ngược pha (độ lệch pha bằng π hoặc bội số lẻ của π), biên độ dao động tổng hợp sẽ bằng hiệu biên độ dao động của hai sóng. Đây là trường hợp giao thoa trừ hay triệt tiêu.

Công thức giao thoa sóng có thể được suy ra từ phương trình sóng của các nguồn kết hợp. Giả sử có hai nguồn S1 và S2 cách nhau một khoảng cách l, phát ra hai sóng kết hợp có cùng tần số f, biên độ A và độ lệch pha Δφ.

Phương trình sóng của hai nguồn là:

• u1 = A cos (2πft + φ1)
• u2 = A cos (2πft + φ2)

với Δφ = φ2 – φ1

Tại một điểm M bất kỳ, cách hai nguồn S1 và S2 một khoảng cách d1 và d2, phương trình sóng của hai sóng tại M là:

• u1M = A cos (2πft + φ1 – 2πd1/λ)
• u2M = A cos (2πft + φ2 – 2πd2/λ)

với λ là bước sóng.

Phương trình sóng tổng hợp tại M là:

uM = u1M + u2M

= 2A cos [π(d2 – d1)/λ – Δφ/2] cos [2πft – π(d1 + d2)/λ + (φ1 + φ2)/2]

Biên độ dao động tại M là:

AM = 2A |cos [π(d2 – d1)/λ – Δφ/2]|

Điều kiện để có giao thoa cộng tại M là:

d2 – d1 = kλ + (Δφ/2π)λ

với k là số nguyên.

Điều kiện để có giao thoa trừ tại M là:

d2 – d1 = (k + 1/2)λ + (Δφ/2π)λ

với k là số nguyên.

Các loại giao thoa sóng và ví dụ minh họa

Tùy vào số lượng nguồn kết hợp và loại sóng được giao thoa, có thể phân biệt các loại giao thoa sóng sau:

• Giao thoa sóng cơ: là giao thoa của các sóng cơ học, như sóng âm, sóng nước, sóng dây, v.v. Ví dụ: giao thoa của hai gợn nước trên mặt nước, giao thoa của hai âm thanh từ hai loa, giao thoa của hai xung kích trong không khí, v.v.
• Giao thoa sóng ánh sáng: là giao thoa của các sóng ánh sáng hoặc các sóng điện từ khác. Ví dụ: giao thoa của ánh sáng trắng qua một khe hẹp, giao thoa của ánh sáng màu qua một đĩa CD, giao thoa của ánh sáng xanh và đỏ qua một màn chắn có hai khe hẹp, v.v.
• Giao thoa sóng hạt: là giao thoa của các vi hạt như electron, proton, neutron, v.v. Ví dụ: giao thoa của electron qua một tấm kim loại có hai khe hẹp, giao thoa của neutron qua một tinh thể, v.v.

ví dụ minh họa về các loại giao thoa sóng

Dưới đây là một số ví dụ minh họa về các loại giao thoa sóng:

Giao thoa của hai gợn nước trên mặt nước

Khi hai nguồn nước được rung đồng nhất tạo ra hai hệ gợn nước trên mặt nước, hai hệ gợn này sẽ giao thoa với nhau tạo ra một hệ gợn mới có biên độ dao động phụ thuộc vào mối quan hệ pha giữa hai hệ gợn ban đầu.

Có thể quan sát được những vùng nước cao hơn hoặc thấp hơn so với mặt nước bình thường, tương ứng với các vị trí có giao thoa cộng hoặc giao thoa trừ. Hình dưới đây minh họa cho hiện tượng giao thoa của hai gợn nước.

Giao thoa của ánh sáng trắng qua một khe hẹp

Khi ánh sáng trắng chiếu qua một khe hẹp rất nhỏ so với bước sóng ánh sáng, ánh sáng sẽ bị khúc xạ và tạo ra một hình ảnh giao thoa trên một màn chắn xa khe. Do ánh sáng trắng là sự kết hợp của nhiều bước sóng khác nhau, từ đỏ đến tím, nên các bước sóng này sẽ bị khúc xạ khác nhau và tạo ra các vân giao thoa có màu sắc khác nhau.

Vân giao thoa trung tâm có màu trắng, còn các vân giao thoa bên ngoài có màu cầu vồng, từ đỏ ở ngoài cùng đến tím ở trong cùng. Hình dưới đây minh họa cho hiện tượng giao thoa của ánh sáng trắng qua một khe hẹp.

Giao thoa của electron qua một tấm kim loại có hai khe hẹp

Khi electron được bắn từ một nguồn điện tử qua một tấm kim loại có hai khe hẹp rất nhỏ so với kích thước của electron, electron sẽ bị khúc xạ và tạo ra một hình ảnh giao thoa trên một màn chắn xa tấm kim loại. Điều này cho thấy electron có tính chất sóng và có thể được biểu diễn bởi một sóng xác suất.

Các điểm sáng và tối trên màn chắn tương ứng với các vị trí có xác suất cao và thấp để tìm thấy electron. Hình dưới đây minh họa cho hiện tượng giao thoa của electron qua một tấm kim loại có hai khe hẹp.

Các ứng dụng của giao thoa sóng trong thực tế

Giao thoa sóng là một hiện tượng vật lý rất phổ biến và có nhiều ứng dụng trong khoa học và công nghệ. Dưới đây là một số ví dụ:

• Cầu vồng:

Là hiện tượng giao thoa và phản xạ của ánh sáng Mặt Trời qua các giọt nước trong không khí. Ánh sáng Mặt Trời bị phản xạ và khúc xạ khi đi qua các giọt nước, tạo ra các vân giao thoa có màu sắc khác nhau tùy thuộc vào góc nhìn của người quan sát.

• Kính lúp:

Là một thiết bị quang học dùng để phóng đại các vật thể nhỏ. Kính lúp hoạt động dựa trên nguyên lý giao thoa của ánh sáng khi đi qua một thấu kính hội tụ. Ánh sáng từ vật thể nhỏ bị khúc xạ qua thấu kính và tạo ra một hình ảnh ảo lớn hơn vật thể trên một mặt phẳng ảo.

• Laser:

Là một thiết bị phát ra ánh sáng có tính chất đặc biệt, như đơn sắc, kết hợp và song song. Laser hoạt động dựa trên nguyên lý giao thoa cộng của các sóng ánh sáng có cùng tần số và pha. Các nguyên tử trong một chất phát quang được kích thích bởi một năng lượng bên ngoài và phát ra các photon có cùng tần số và pha. Các photon này được phản xạ qua hai gương đối diện và tạo ra một ánh sáng mạnh và ổn định.

• Hologram:

Là một hình ảnh ba chiều của một vật thể được tạo ra bằng cách ghi lại và tái tạo lại các sóng ánh sáng từ vật thể đó. Hologram hoạt động dựa trên nguyên lý giao thoa của ánh sáng laser. Ánh sáng laser được chia làm hai luồng, một luồng chiếu vào vật thể và phản xạ thành ánh sáng rải, một luồng chiếu vào một tấm phim nhạy sáng.

Hai luồng ánh sáng này giao thoa với nhau và tạo ra một hình ảnh giao thoa trên tấm phim. Khi chiếu lại ánh sáng laser vào tấm phim, hình ảnh giao thoa sẽ tái tạo lại ánh sáng rải từ vật thể và cho ta cảm giác như vật thể đang có mặt.

Trên đây là giải đáp Nguồn Sóng Kết Hợp Là Các Nguồn Sóng Có Đặc Điểm Gì, cùng với đó là kiến thức liên quan về giao thoa sóng được Hocvanvuive tổng hợp, hi vọng sẽ hữu ích với bạn.