Thực hành vật lý đại cương 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:

v

(5.2)

F



Phương trình dao động tại điểm M cách B một đoạn y  MB :

Ly

x1M  a.sin 2  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 :

L

x1B  a.sin 2  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:

L

x2B   x1B   a.sin 2  ft  



(5.6)
Như vậy sóng phản xạ từ B gây ra tại M một dao động x2M :

x

2M


  a.sin 2  f


y  L

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
L

xM  A.cos 2  ft  



hợp tại M:
(5.9)

Với

biên

độ:

A  2a.sin

2 y


(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:

L  OB  k .


2

với k = 1, 2, 3,…

(5.11)
Thay vào (5.2), (5.4) vào (5.11), ta tìm được:



2L 1

k
f

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

k

1

L (mm)

295

;



- Tần số kích thích:

2L
(m)
k

0,59

f

= 30 Hz

v= f
 ( m )

∆ v (m/s)
(m/s)

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
2 L 2.295.10 3
L

 295 (mm),  

 0,59 (m)
3
k
1

L 

295  290  295  300  295  295
 3,33 (m)
3

 

L 3,33

 0, 011 (m)
L
295

v 

 0, 01

 0, 02 (m/s)
 0,59

;

v = λf = 0,59.30 = 17,7 (m/s)

 Với k = 2:

L

490  480  483
2 L 2.484,3.10 3
 484,3 (mm),  

 0, 48 (m)
3
k
2

L 

484,3  490  484,3  480  484,3  483
 3, 77 (m)
3


 

L 3, 77

 0,008 (m)
L 484,3

v 

 0,008

 0, 02 (m/s)

0, 48

;

v = λf = 0,48.30 = 14,4 (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

k

f (Hz)

1

2

17

3

26

;



- Độ dài đoạn dây OB: L = 800 mm

2L
(m)
k

v= f
 ( m )

(mm)

∆ v (m/s)


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

k

F(N)

1

2

2,97

3

1,33



2L
(m)
k

;

- Tần số kích thích: ƒ = 30Hz

v= f
 ( m )

(mm)

∆ v (m/s)

4

0,83

Tuong tự như thế với delta L=0,05 delta f=1