Sóng dừng, hay còn được gọi là sóng đứng, sóng tĩnh là một loại sóng dao động theo thời gian nhưng có biên độ đỉnh sóng không di chuyển trong không gian. Sóng dừng được hình thành bởi sự giao thoa của hai sóng ngược chiều, hai loại sóng đó là sóng phản xạ và sóng tới, được xét trên cùng một phương truyền. Cùng VietChem tìm hiểu thêm thông tin về sóng đứng, sóng tĩnh qua nội dung bài viết sau đây.

1. Sóng dừng là gì?

Trong vật lý, sóng dừng, hay còn được gọi là sóng đứng, sóng tĩnh là một loại sóng dao động theo thời gian nhưng có biên độ đỉnh sóng không di chuyển trong không gian. Biên độ đỉnh của dao động sóng dừng tại bất kỳ điểm nào trong không gian là hằng số không đổi với thời gian.

Hình 1: Sóng dừng, hay còn được gọi là sóng đứng, sóng tĩnh

Sóng dừng được hình thành thông qua sự giao thoa của hai sóng ngược chiều. Hai loại sóng đó là sóng tới và sóng phản xạ, được xét trên cùng một phương truyền. Kết quả của quá trình giao thoa này nếu truyền theo cùng một phương hướng tạo ra một hệ sóng đứng. Trong sóng dừng luôn có một điểm đứng yên gọi là nút và một số điểm luôn luôn dao động với biên độ cực đại gọi là bụng.

2. Tính chất của sóng dừng

Các tính chất của sóng dừng, được mô tả dựa trên sự biến đổi của dao động trong không gian.

Hình 2: Tính chất của sóng dừng dựa trên sự biến đổi của dao động trong không gian

• Nút sóng là điểm trên dây hoặc trong không gian mà biên độ của sóng là cực tiểu. Ngược lại, bụng sóng là điểm mà biên độ là cực đại. Điểm dao động với biên độ cực tiểu thì được gọi là nút sóng.
• Khoảng cách giữa hai nút sóng liên tiếp hoặc hai bụng sóng liên tiếp trên dây được ký hiệu là λ/2 (nửa bước sóng).
• Khoảng cách giữa hai nút sóng bất kỳ hoặc hai bụng sóng bất kỳ trên dây là kλ/2. Trong đó k là một số nguyên không âm.
• Khoảng cách giữa một bụng sóng và một nút sóng liên tiếp trên dây là λ/4 (một phần tư bước sóng).
• Khoảng cách giữa một bụng sóng và một nút sóng bất kỳ trên dây là kλ/2+λ/4. Trong đó k là một số nguyên không âm.

Tốc độ truyền sóng: v=λf=λ/T

Tần số dao động: l=kλ/2<=>f=(kv)/(2l); fmin=v/(2l) (Tần số nhỏ nhất để xuất hiện sóng dừng trên sợi dây có 2 đầu cố định)

3. Điều kiện để xảy ra hiện tượng sóng dừng trên dây

Để xảy ra hiện tượng sóng dừng trên dây, điều kiện quan trọng là phải có sự phản xạ của sóng từ các điểm cố định trên dây. Dưới đây là điều kiện cho trường hợp có hai đầu là nút sóng (cả hai đầu đều cố định) và trường hợp một đầu là nút sóng còn một đầu là bụng sóng (một đầu cố định, một đầu tự do):

Hình 3: Điều kiện để xảy ra hiện tượng sóng dừng trên dây

3.1. Hai đầu là nút sóng (hai đầu cố định)

Trong trường hợp này, cả hai đầu của đoạn dây đều là nút sóng, có nghĩa là chúng đều cố định và không dao động. Điều này tương đương với: l=kλ/2. Trong đó k là số tự nhiên lớn hơn 0.

Điều này đảm bảo rằng đoạn dây sẽ dao động theo các mode sóng sao cho khoảng cách giữa hai nút liên tiếp hoặc hai bụng liên tiếp là>: λ/2.

3.2. Một đầu là nút sóng còn một đầu là bụng sóng

Trong trường hợp này, một đầu của đoạn dây là nút sóng (điểm không dao động) và một đầu là bụng sóng (điểm có biên độ cực đại). Điều này tương đương với: l=(2k+1)λ/4 (k là số tự nhiên lớn hơn 0).

Điều này đảm bảo rằng đoạn dây sẽ dao động theo các mode sóng sao cho khoảng cách giữa một nút và một bụng hoặc một bụng và một nút liên tiếp là: λ/2.

Cả hai trường hợp trên đều tạo ra các điều kiện cho sự phản xạ sóng trên dây, dẫn đến hiện tượng sóng dừng và giao thoa. Điều này thường xuyên xuất hiện trong nhiều ngữ cảnh, chẳng hạn như khi bạn gọi sóng dây trên một đàn guitar.

4. Ứng dụng của sóng dừng

Sóng dừng có nhiều ứng dụng thực tế trong các lĩnh vực khác nhau. Dưới đây là một số ứng dụng tiêu biểu của sóng dừng:

4.1. Ghi âm và âm nhạc

Trong lĩnh vực âm nhạc, sóng dừng được sử dụng để tạo ra hiệu ứng âm thanh khác nhau. Phòng thu âm được thiết kế để kiểm soát sóng dừng và giao thoa để tạo ra âm thanh chất lượng cao.

4.2. Hình ảnh y tế

Trong y học, sóng siêu âm được sử dụng để tạo hình ảnh cơ thể, nội tạng và mô mềm. Sóng siêu âm dựa trên nguyên tắc sóng dừng để tạo ra hình ảnh chất lượng cao.

Hình 4: Sóng dừng có nhiều ứng dụng thực tế trong các lĩnh vực khác nhau

4.3. Radar và Sonar

Trong các ứng dụng radar và sonar, sóng dừng được sử dụng để xác định vị trí và khoảng cách của các đối tượng. Sự phản xạ của sóng giúp đo khoảng cách và hình dạng của các vật thể.

4.4. Âm thanh công nghiệp

Trong công nghiệp, sóng dừng được sử dụng để kiểm soát và giảm tiếng ồn. Thiết kế đúng của các khu vực làm việc có thể giảm sóng dừng và cải thiện môi trường làm việc.

4.5. Chẩn đoán vật lý

Trong nghiên cứu vật lý, sóng dừng được sử dụng để xác định cấu trúc và tính chất của vật liệu. Sự phản xạ sóng từ mẫu vật liệu giúp nghiên cứu chất lượng và cấu trúc của nó.

4.6. Hình ảnh dưới nước

Công nghệ sóng dừng được sử dụng trong việc tạo hình ảnh dưới nước. Sóng sonar dùng sóng dừng để quét đáy biển và phát hiện đối tượng dưới nước.

Vietchem vừa chia sẻ thông tin về khái niệm, tính chất, điều kiện hình thành sóng dừng cũng như ứng dụng đến các bạn thông qua bài viết. Hy vọng bài viết đã mang đến thông tin hữu ích đến các bạn.