DAO ĐỘNG VÀ SÓNG CƠ SÓNG ÂM VÀ SIÊU ÂM pot

16.09.2009
16.09.2009
1
1
CH
CH
ƯƠ
ƯƠ
NG II
NG II
DAO ĐỘNG VÀ SÓNG C
DAO ĐỘNG VÀ SÓNG C
Ơ
Ơ
SÓNG ÂM VÀ SIÊU ÂM
SÓNG ÂM VÀ SIÊU ÂM
1.
1.
DAO ĐỘNG VÀ SÓNG C
DAO ĐỘNG VÀ SÓNG C
Ơ
Ơ
2.
2.
SÓNG ÂM VÀ SIÊU ÂM
SÓNG ÂM VÀ SIÊU ÂM
16.09.2009
16.09.2009
2
2
BÀI 1

BÀI 1
DAO ĐỘNG VÀ SÓNG
DAO ĐỘNG VÀ SÓNG
C
C
Ơ
Ơ
1.
1.
DAO ĐỘNG C
DAO ĐỘNG C
Ơ
Ơ
HỌC
HỌC
2.
2.
SÓNG C
SÓNG C
Ơ
Ơ
16.09.2009
16.09.2009
3
3
DAO ĐỘNG C
DAO ĐỘNG C
Ơ
Ơ
HỌC

HỌC
CON LẮC LÒ XO
CON LẮC LÒ XO
M
O
x
F O
F = -kx
16.09.2009
16.09.2009
4
4
DAO ĐỘNG C
DAO ĐỘNG C
Ơ
Ơ
HỌC
HỌC
KHÁI NIỆM
KHÁI NIỆM
VÀ PH
VÀ PH
ƯƠ
ƯƠ
NG TRÌNH
NG TRÌNH
•
-Dao động là một chuyển động được lặp lại nhiều lần
theo thời gian
•

-Dao động cơ điều hòa là dao động sinh ra dưới tác
dụng của lực tỉ lệ với độ dịch chuyển và hướng về vị
trí cân bằng
•
-Phương trình:
•
F = -kx = ma =md
2
x/dt
2


 md
2
x/dt
2
+ kx =0, đặt ω
2
= k/m

 d
2
x/dt
2
+ ω
2
x = 0

 x = Acos(ωt +α), (nghiệm của ft)
16.09.2009

16.09.2009
5
5
DAO ĐỘNG C
DAO ĐỘNG C
Ơ
Ơ
HỌC
HỌC


BIÊN ĐỘ, PHA,
BIÊN ĐỘ, PHA,


CHU KỲ VÀ TẦN SỐ
CHU KỲ VÀ TẦN SỐ
•
x = Acos(ωt +α)
•
Trong đó:
•
A- biên độ, A = lxl
max
•
ω- tần số góc
•
(ωt +α)- pha, α- pha ban đầu
•
T=2π/ω-chu kỳ, f=1/T=ω/2π-tần số

•
v = dx/dt = -Aωsin(ωt +α) - vận tốc
•
a = dv/dt =-Aω
2
cos(ωt +α) - gia tốc
16.09.2009
16.09.2009
6
6
DAO ĐỘNG C
DAO ĐỘNG C
Ơ
Ơ
HỌC
HỌC


NĂNG L
NĂNG L
Ư
Ư
ỢNG DAO ĐỘNG
ỢNG DAO ĐỘNG
•
Năng lượng: W = Wđ + Wt
•
(Wđ)
M
= mv

2
/2 = mA
2
ω
2
sìn
2
(ωt +α)/2
•
= kA
2
sìn
2
(ωt +α)/2 (do k=mω
2
)
•
A
OM
= ∫Fdx (lấy từ 0 đến x) = (Wt)
O
– (Wt)
M

•
= ∫-kxdx (lấy từ 0 đến x) = -kx
2
/2
•
Nếu quy ước (Wt)

O
= 0 thì:
•
(Wt)
M
= kx
2
/2=kA
2
cos
2
(ωt +α)/2
•
W = kA
2
sìn
2
(ωt +α)/2+ kA
2
cos
2
(ωt +α)/2
•
= kA
2
/2 = mA
2
ω
2
/2


 Năng lượng của hệ được bảo tòan
16.09.2009
16.09.2009
7
7
DAO ĐỘNG C
DAO ĐỘNG C
Ơ
Ơ
HỌC
HỌC


DAO ĐỘNGTẮT DẦN
DAO ĐỘNGTẮT DẦN
•
-Lực cản môi trường: Fc = -rv

 pt dao động: ma = F+Fc = -kx-rv

 md
2
x/dt + kx + rdx/dt = 0
•
-Đặt ω
2
= k/m, 2β =r/m

 d

2
x/dt + 2βdx/dt + ω
2
x = 0
•
-Khi ω > β nghiệm pt có dạng:
•
X = Ae
-βt
cos(ω*t+α) là pt dao động tắt dần
•
- Tần số góc dđ tắt dần: ω* = (ω
2
– β
2
)
1/2
•
- Chu kỳ dđ tắt dần: T = 2π/(ω
2
– β
2
)
1/2
16.09.2009
16.09.2009
8
8
DAO ĐỘNG C
DAO ĐỘNG C

Ơ
Ơ
HỌC
HỌC


DAO ĐỘNG C
DAO ĐỘNG C
Ư
Ư
ỠNG B
ỠNG B
Ư
Ư
C-CỘNG H
C-CỘNG H
Ư
Ư
ỞNG
ỞNG
•
-Ngọai lực tuần hòan: Fn = Hcos(pt)

 pt: ma =-kx-rx+Hcos(pt)

 d
2
x/dt + 2βdx/dt + ω
2
x = Hcos(pt)/m

•
-Nghiệm của pt có dạng:
•
x = Bcos(pt+ φ), trong đó:
•
B = H/m(p
2
- ω
2
)2+4β
2
p
2
)
1/2

•
tgφ = - 2β/(p
2
- ω
2
)
•
-Hiện tượng cộng hưởng:
•
khi p =(ω
2
-2β
2
)

1/2
(tần số góc cộng hưởng)
•
B
max
= H/2mβ(ω
2
-β
2
)
1/2

16.09.2009
16.09.2009
9
9
DAO ĐỘNG C
DAO ĐỘNG C
Ơ
Ơ
HỌC
HỌC


HIỆN T
HIỆN T
Ư
Ư
ỢNG CỘNG H
ỢNG CỘNG H

Ư
Ư
ỞNGNHỌN
ỞNGNHỌN
•
- B
max
= H/2mβ(ω
2
-β
2
)
1/2

•
Khi ma sát nhỏ (r nhỏ)

 β = r/m giảm  B
max
tăng
•
-Đặc biệt khi β~0  p
ch
~ ω

B
max
rất lớn  cộng hưởng nhọn
•
-Ứng dụng:

•
-Đo tần số dòng điện (tần số kế)
•
-Ngăn ngừa sự phá họai vì cộng hưởng
•
-Chẩn đóan nghe
16.09.2009
16.09.2009
10
10
Sự hình thành sóng cơ trong môi
Sự hình thành sóng cơ trong môi
trường vật chất
trường vật chất


•
Môi tr ng àn h i ườ đ ồ đư c c u t o b i các ph n t mà ợ ấ ạ ở ầ ử
gi a chúng có l c liên k t. ữ ự ế
•
Khi m t ph n t A trong môi tr ng b ngo i l c tác ộ ầ ử ườ ị ạ ự
d ng thì ph n t này s dao ng. Do t ng tác các ụ ầ ử ẽ độ ươ
ph n t bên c nh A c ng th c hi n dao ng. Hi n ầ ử ạ ũ ự ệ độ ệ
t ng này ti p t c x y ra i v i các ph n t khác ượ ế ụ ả đố ớ ầ ử
trong môi tr ng và dao ng c truy n i.ườ độ đượ ề đ
16.09.2009
16.09.2009
11
11
Khái niệm sóng cơ

Khái niệm sóng cơ
•
Sóng c (sóng àn h i) : là nh ng dao ng c h c ơ đ ồ ữ độ ơ ọ
lan truy n trong môi tr ng àn h i.ề ườ đ ồ
–
Khi sóng truyền đi, chỉ có dao động được truyền đi
còn các phần tử trong môi trường chỉ dao động
quanh vị trí cân bằng của nó.
–
Sóng cơ không lan truyền được trong chân không,
vì ở đó không có môi trường đàn hồi.
–
Vật gây ra kích động được gọi là nguồn phát
sóng, phương truyền sóng được gọi là tia sóng,
không gian sóng truyền qua là trường sóng.
16.09.2009
16.09.2009
12
12
Phân loại sóng cơ
Phân loại sóng cơ
•
Sóng d c: dao ng c a các ph n t trong môi ọ độ ủ ầ ử
tr ng song song v i ph ng truy n sóng.ườ ớ ươ ề
–
Sóng dọc có thể tồn tại trong cả ba môi trường rắn,
lỏng và khí.
•
Sóng ngang : dao ng c a các ph n t trong môi độ ủ ầ ử
tr ng vuông góc v i ph ng truy n sóng.ườ ớ ươ ề

–
Sóng ngang chỉ tồn tại trong môi trường rắn.
Nguyên do là trong môi trường rắn, các phân tử của
môi trường liên kết với nhau rất mạnh, nên khi một
lớp chuyển động trượt thì nó có khả năng làm
chuyển động các lớp kế cận, còn trong chất lỏng và
khí thì ngược lại.
16.09.2009
16.09.2009
13
13
SÓNG C
SÓNG C
Ơ
Ơ
HÀM SÓNG
HÀM SÓNG
•

•
-Tại điểm O: u=f(t), y = 0
•
-Tại điểm M vào thời điểm t sẽ lập lại dao động ở O
nhưng tại thời điểm t’=t-y/v, ta có:
•
u(y,t) = u(0,t’) hay: u(y,t) = f(t-y/v)
•
-Sóng trên gọi là sóng phẳng chạy và biểu thức trên
gọi là hàm sóng
•

-Sóng phẳng đơn sắc: u = Acos(ω(t-y/v)+

α)
y
M
v
O
16.09.2009
16.09.2009
14
14
SÓNG C
SÓNG C
Ơ
Ơ
HÀM SÓNG
HÀM SÓNG
•
u = Acos(ω(t-y/v)+

α)
•
A-biên độ; ω-tần số góc;T= 2π/ω- chu kỳ;
•
ω(t-y/v)+α- pha sóng; α - pha ban đầu
•
k= ω/v- số sóng; λ =vT-bước sóng;
•
f=1/T là tần số sóng
•

-Thường chọn

α=0 khi đó:
•
u = Acosω(t-y/v) thường gọi là hàm sóng
•
u = Acos(ωt-2πy/λ) và viết:
•
u = Ae
-i(ωt-2πy/λ)
,
•
với cách hiểu u chỉ là phần thực của số phức
16.09.2009
16.09.2009
15
15
BÀI 2
BÀI 2
SÓNG ÂM VÀ SIÊU ÂM
SÓNG ÂM VÀ SIÊU ÂM


1.
1.
SÓNG ÂM
SÓNG ÂM
2.
2.
SIÊU ÂM

SIÊU ÂM
16.09.2009
16.09.2009
16
16
SÓNG ÂM
SÓNG ÂM
KHÁI NIỆM C
KHÁI NIỆM C
Ơ
Ơ
BẢN
BẢN
•
-Sóng âm là những sóng cơ có biên độ nhỏ mà thính
giác ta có thể nhận biết được
•
-Tần số f: 20-20.000Hz (λ: 2cm-20m)
•
-Chỉ truyền trong môi trường vật chất
•
-Có thể phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ, hấp thu như tia
sáng
•
-Vận tốc truyền trong chất khí:
•
v= (γRT/μ)
1/2
•

với: γ = Cp/Cv; R-hằng số khí lý tưởng;
T là nhiệt độ K; μ -khối lượng phân tử khí
16.09.2009
16.09.2009
17
17
SÓNG ÂM
SÓNG ÂM
HIỆU ỨNG DOPPLER
HIỆU ỨNG DOPPLER
•
- v: vận tốc âm; f: tần số nguồn âm; u: vận
tốc nguồn; u’: vận tốc máy thu;
•
- Tần số f’ máy thu nhận được:
•
f’ = f(v+u’)/(v-u)
•
- Nguồn chuyển động, máy thu đứng:
•
f’ = fv/(v-u)
•
+Nguồn đi tới máy thu (u>0) f’>f
•
+Nguồn ra xa máy thu (u<0) f’<f
•
- Ứng dụng: đo vận tốc tàu xe, vận tốc của các
ngôi sao và các thiên hà
16.09.2009
16.09.2009

18
18
SÓNG ÂM
SÓNG ÂM
ĐẶC TÍNH CỦA ÂM
ĐẶC TÍNH CỦA ÂM
•
-Độ cao âm: do tần số âm quyết định
•
-Âm sắc: đặc trưng cho sắc thái của âm
•
-Độ to: đặc trưng cho độ mạnh âm về phương diện
sinh lý (định luật Vêbe Phêsne):
•
L = klog(I/I
0
), trong đó:
•
I là cường độ âm ta muốn xác định
•
I
0
=10
-12
W/m
2
là cường độ cơ sở
•
k là hệ số tỷ lệ, k=1 nếu đơn vị là bel
•

-Thời gian vang của phòng diện tích S, thể tích V: τ =
0,163.V/αS, α-hệ số hấp thu
16.09.2009
16.09.2009
19
19
SÓNG ÂM
SÓNG ÂM
ĐẶC TÍNH SINH LÝ CỦA ÂM
ĐẶC TÍNH SINH LÝ CỦA ÂM
•
-Độ thính của tai tùy vào tần số âm
•
-Tai thính nhất ở: 1.000-5.000 Hz
•
-Trong khỏang trên tai người có thể nghe được
âm có cường độ 10
-11
W/m
2
•
-Cường độ âm nhỏ nhất gây nên cảm giác âm ở
tai gọi là ngưỡng nghe
•
-Cường độ âm lớn nhất mà nếu vượt quá sẽ gây
cảm giác đau gọi là ngưỡng chói
•
-Giới hạn giữa ngưỡng nghe và ngưỡng chói gọi
là miền nghe
16.09.2009

16.09.2009
20
20
SÓNG ÂM
SÓNG ÂM
ỨNG DỤNG TRONG CHUẨN ĐÓAN
ỨNG DỤNG TRONG CHUẨN ĐÓAN
•
-Chuẩn đóan gõ: gõ vào các tạng và nghe âm phát ra
để chuẩn đóan dựa vào cường độ, độ cao, âm sắc
•
-Chuẩn đóan nghe: nghe âm từ cơ thể phát ra so sánh
với chuẩn mực
•
-Ống nghe: dựa vào hiện tượng cộng hưởng để nghe
âm muốn nghiên cứu
•
-Phép thử Rinne: xác định tổn thương ở cơ quan thính
giác
16.09.2009
16.09.2009
21
21
SIÊU ÂM
SIÊU ÂM
ĐẶC TÍNH CỦA CHÙM SIÊU ÂM
ĐẶC TÍNH CỦA CHÙM SIÊU ÂM
•
-Siêu âm: âm có tần số lớn hơn 20.000Hz
•

-Nguồn phát siêu âm: dựa trên hiệu ứng áp điện
ngược và hiện tượng từ giảo
•
-Thu sóng siêu âm: hiệu ứng áp điện thuận
•
-Đặc tính chùm siêu âm:
•
+Lan truyền thẳng, ít bị khúc xạ qua mặt phân cách
nên dễ định hướng
•
+Có kích thước nhỏ, ít bị phân kỳ nên tập trung
năng lượng lớn
•
+Ít bị hấp thu trong chất lỏng
16.09.2009
16.09.2009
22
22
SIÊU ÂM
SIÊU ÂM
HIỆU ỨNG C
HIỆU ỨNG C
Ơ
Ơ
NHIỆT
NHIỆT
•
T o áp su t dao ng l n làm ạ ấ độ ớ đ t gãy ứ liên k t các ế
ph n t môi trầ ử ngườ (t o l vi môạ ỗ )
•

Có th hòa tan các ch t l ng ể ấ ỏ như n c và d u, ướ ầ
n c và th y ngân,…t o ra các nh t ng, các khí ướ ủ ạ ũ ươ
dung v i nh ng h t có kích thớ ữ ạ ư c bé,…ớ
•
Làm vón t a các b i c trong các khói th i nhà máy, ủ ụ độ ả
dùng v sinh trong các b n r a b ng siêu âm,…để ệ ồ ử ắ
•
Ph n l n n ng l ng c h p th t siêu âm ầ ớ ă ượ đượ ấ ụ ừ
chuy n sang nhi t làể ệ m t ng nhi t môi tr ng. ă ệ độ ườ
16.09.2009
16.09.2009
23
23
SIÊU ÂM
SIÊU ÂM
HIỆU ỨNG HÓA LÝ
HIỆU ỨNG HÓA LÝ
•
Có th gây ra các ph n ng mà i u ki n bình ể ả ứ ở đ ề ệ
thư ng khó x y ra ho c xúc ti n các ph n ng ờ ả ặ ế ả ứ
hóa h c. ọ
•
Làm t ng các ă ph n ng phân ly các h p ch t ả ứ ợ ấ
h u c , làm t ng ion hóa và t o nhi u g c t ữ ơ ă ạ ề ố ự
do trong môi tr ng.ườ
•
Làm t ng quá trình th m th u qua màng bán ă ẩ ấ
th m.ấ
16.09.2009
16.09.2009

24
24
SIÊU ÂM
SIÊU ÂM
TÁC DỤNG SINH HỌC
TÁC DỤNG SINH HỌC
•
V i c ng nh và v a (<20kW/m2) siêu âm ớ ườ độ ỏ ừ
làm t ng tính th m th u c a màng t bào, s ă ẩ ấ ủ ế ự
d ch chuy n bào t ng. ị ể ươ
•
C ng l n ( > 30kW/m2) t o ra các vi l ườ độ ớ ạ ỗ
trong bào t ng, làm rách và bi n d ng nhân, do ươ ế ạ
ó có th phá h y t bào.đ ể ủ ế
•
Làm thay i nh ng c tính c a mô sinh h c đổ ữ đặ ủ ọ
nh pH, i m ng i n, áp su t th m th u, ư đ ể đẳ đ ệ ấ ẩ ấ
áp su t keo.ấ
16.09.2009
16.09.2009
25
25
SIÊU ÂM
SIÊU ÂM
TÁC DỤNG SINH HỌC
TÁC DỤNG SINH HỌC
•
Làm thay i s chuy n hóa v t ch t và ho t đổ ự ể ậ ấ ạ
tính histamine trong c th .ơ ể
•

Làm dãn m ch, t ng v n m ch, ch ng co th t ạ ă ậ ạ ố ắ
c , ch ng viêm và t ng c ng h p th ru t.ơ ố ă ườ ấ ụ ở ộ
•
Có th làm m t canxi x ng, làm nóng các mô.ể ấ ở ươ
•
V i li u l n có th phá h y t bào máu, t y ớ ề ớ ể ủ ế ủ
x ng, gây ho i t các t bào th n kinh. ươ ạ ử ở ế ầ
•
Làm tuy n n i ti t t ng hocmôn, làm h i c ế ộ ế ă ạ ơ
quan thính giác và có th gây ung thể ư.