Thực hành vật lý đại cương Bài 5. Khảo sát sóng dừng trên sợi dây

THỰC HÀNH VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG Bài 5. KHẢO SÁT SÓNG DỪNG TRÊN SỢI DÂY I. Mục đích thí nghiệm 1. Khảo sát sự truyền sóng trên dây: sóng tới, sóng phản xạ, giao thoa sóng, sóng dừng, cộng hưởng sóng dừng. 2. Đo được bước sóng và xác định được vận tốc truyền sóng trên sợi dây II. Tóm tắt lý thuyết Phương trình dao dộng sóng của sợi dây OB : x0 = asin2πft (5.1) Vận tốc truyền sóng trên sợi dây: Fv   (5.2) Phương trình dao động tại điểm M cách B một đoạn y MB : .sin 21M L yx a ft        (5.3) Với λ là bước sóng xác định bới hệ thức: v f   (5.4) Tương tự, sóng tới từ đầu O gây ra tại đầu B một dao động x1B : .sin 21B Lx a ft        (5.5) Khi tới đầu B, sóng bị phản xạ ngược lại. Vì đầu B cố định, nên sóng phản xạ từ B ngược pha so với sóng tới B sao cho độ dời của B luôn bằng không, tức là: xB = x1B + x2B = 0 Suy ra: 2B 1B .sin 2 Lx x a ft           (5.6) Như vậy sóng phản xạ từ B gây ra tại M một dao động x2M : 2 M .sin 2 y Lx a f t v             (5.7) Ta cũng có độ dời của dao động tổng hợp tại M: xM = x1M + x2M (5.8) Thay (5.3), (5.6) vào (5.7), ta tìm được phương trình dao động tổng hợp tại M: M .cos Lx A 2 ft        (5.9) Với biên độ: 22 .sin yA a    (5.10) Với lực căng F cho trước, biên độ dao động tại các bụng sóng chỉ đạt giá trị cực đại ổn định khi độ dài L của sợi dây thỏa mãn điều kiện: . 2 L OB k   với k = 1, 2, 3,… (5.11) Thay vào (5.2), (5.4) vào (5.11), ta tìm được: 2 1L F k f     (5.12) Với sợi dây có độ dài L cho trước, ta lần lượt thay đổi tần số f của nguồn sóng và lực căng F tác dụng lên sợi dây để khảo sát sóng dừng trên sợi dây khi có cộng hưởng với k = 1, 2, 3,…bụng sóng. Từ đó, xác định được bước sóng λ và vận tốc v của sóng truyền trên sợi dây: v = λf (5.13) III. Kết quả thí nghiệm 1. khảo sát cộng hưởng sóng dừng trên sợi dây. Xác định bước sóng và vận tốc truyền sóng a) Bảng 1: Khảo sát độ dài L của sợi dây khi có cộng hưởng sóng dừng. - Lực căng: F=1,0N ; - Tần số kích thích: f = 30 Hz k L (mm) 2 ( )L m k   ( )m v= f (m/s) ∆v (m/s) 1 295 0,59 0,011 17,7 0,02 2 484,3 0,48 0,008 14,4 0,02 3 678,3 0,45 0,011 13,5 0,02 4 900 0,45  Với k = 1: 290 300 295 295 3 L    (mm), 32 2.295.10 0,59 1 L k      (m) 295 290 295 300 295 295 3,33 3 L         (m) 3,33 0,011 295 L L       (m) ; v = λf = 0,59.30 = 17,7 (m/s) 0,01 0,02 0,59 v        (m/s)  Với k = 2: 490 480 483 484,3 3 L    (mm), 32 2.484,3.10 0,48 2 L k      (m) 484,3 490 484,3 480 484,3 483 3,77 3 L         (m) 3,77 0,008 484,3 L L       (m) ; v = λf = 0,48.30 = 14,4 (m/s) 0,008 0,02 0,48 v        (m/s) * Tương tự với k = 3 và k = 4 ta thu được bảng 1 b) Bảng 2: Khảo sát tần số kích thích ƒ khi có cộng hưởng sóng dừng trên sợi dây. - Lực căng: F=1,0N ; - Độ dài đoạn dây OB: L = 800 mm k f (Hz) 2 ( )L mk  ( )m v= f (mm) ∆v (m/s) 1 2 17 3 26 4 34 Tương tự như trên 2. khảo sát sự phụ thuộc của vận tốc truyền sóng v trên sợi dây vào lực căng F của sợi dây. - Độ dài đoạn dây OB: L = 0.600 m ; - Tần số kích thích: ƒ = 30Hz k F ( N ) 2 ( )L mk  ( )m v= f (mm) ∆v (m/s) 1 2 2,97 3 1,33 4 0,83 Tuong tự như thế với delta L=0,05 delta f=1