TỔNG HỢP LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP VỀ SÓNG ÂM
I. LÝ THUYẾT
1. Sóng Âm
- Khái niệm: Sóng âm (hay âm) là những sóng cơ truyền trong các môi trường khí, rắn, lỏng. Nguồn âm là những vật dao động phát ra âm.
- VD: gảy 1 dây đàn ghita, ta nghe thấy âm thanh của dây đàn phát ra. Khi đó dây đàn là nguồn âm, âm thanh truyền từ dây đàn đến tai ta là sóng âm.
- Phân loại:
+ Âm thanh (Âm nghe được) : những sóng âm gây ra cảm giác âm với màng nhĩ. Âm nghe được có tần số f thuộc khoảng từ 16Hz đến 20000HZ.
+ Hạ âm: âm có tần số nhỏ hơn 16Hz, tai người không nghe được nhưng voi, chim bồ câu,.. vẫn có thể nghe được hạ âm
+ Siêu âm: âm có tần số lớn hơn 20000Hz, tai người không nghe được nhưng chó, dơi, cá heo,.. vẫn có thể nghe được siêu âm.
- Sự truyền âm:
+ Âm chỉ truyền qua được các môi trường rắn, lỏng, khí, không truyền được trong chân không.
+ Sóng âm truyền trong mỗi môi trường với vận tốc xác định: vr > vl > vk
2. Những đặc trưng sinh lý và đặc trưng vật lý của âm ( chỉ xét với nhạc âm)
Tạp âm: là những âm không có tần số xác định.
Nhạc âm: những âm có tần số xác định gọi là nhạc âm
a) Đặc trưng vật lý
- Là những đặc trưng có thể đo lường được
- Tần số âm f
- Cường độ âm I: là năng lượng A mà sóng âm truyền qua một một đơn vị diện tích S đặt tại điểm đó, vuông góc với phương truyền sóng trong một đơn vị thời gian t:
\(I = \frac{A}{{t.S}} = \frac{P}{S}\,\,\,\,(\frac{{\rm{W}}}{{{m^2}}})\) Với P là công suất của nguồn âm.
Trong không khí sóng âm là sóng cầu nên S = 4πR2
\( \Rightarrow I = \frac{P}{{4\pi {R^2}}}\)
- Mức cường độ âm L của âm có cường độ âm I là:
\(L = \lg \frac{I}{{{I_o}}}(B) = 10\lg \frac{I}{{{I_o}}}(dB)\)
Với Io là cường độ âm chuẩn, là cường độ âm nhỏ nhất mà con người có thể nghe được có tần số:
\(f = 1000Hz;\,\,{I_o} = {10^{ - 12}}(\frac{{\rm{W}}}{{{m^2}}})\)
=> Như vậy mức cường độ âm cho biết cường độ âm I lớn gấp bao nhiêu lần cường độ âm chuẩn I0
- Đồ thị dao động của âm: là tổng hợp đồ thị dao động của tất cả các họa âm trong một nhạc âm.
- Khi cho một nhạc cụ phát ra âm có tần số f0 thì nhạc cụ đó cũng sẽ phát ra những âm có tần số f là bội của f0 được gọi là họa âm thứ k: fk = kf0
- Đồ thị dao động của những âm có cùng tần số và biên độ nhưng do các nhạc cụ khác nhau phát ra là khác nhau.
b) Đặc trưng sinh lý
- Là những đặc trưng liên quan đến cảm nhận (cảm giác) của con người
- Độ cao
- Độ to
- Âm sắc giúp ta phân biệt âm do các nguồn khác
c) Mối liên hệ giữa 2 đặc trưng
- Khi sóng âm tác dụng vào tai ta thì mỗi đặc trưng vật lý gây ra một đặc trưng sinh lý
- Âm có tần số càng lớn thì nghe càng cao, âm có tần số càng nhỏ thì nghe càng trầm
- Độ to của âm phụ thuộc vào tần số và cường độ âm:
+ Âm có cường độ càng lớn thì nghe càng to, nhưng độ to của âm không tăng tỉ lệ thuận với cường độ âm mà tăng theo mức cường độ âm.
+ Với cùng một cường độ âm, âm có tần số cao hơn nghe to hơn âm có tần số thấp.
II. VÍ DỤ MINH HỌA
Ví dụ 1: Hai âm có mức cường độ âm chênh lệch nhau 20 dB. Tỉ số của cường độ âm của chúng là bao nhiêu?
Giải
Áp dụng công thức tính mức cường độ âm ta có:
\(\begin{array}{l} {L_2} - {L_1} = 20dB\\ \Leftrightarrow 10\lg \frac{{{I_2}}}{{{I_o}}} - 10g\frac{{{I_2}}}{{{I_o}}}\\ \Leftrightarrow \lg \frac{{{I_2}}}{{{I_1}}} = 2 \Rightarrow \frac{{{I_2}}}{{{I_1}}} = 100 \end{array}\)
Vậy tỉ số cường độ âm của hai âm đó là 100 lần.
Ví dụ 2: Một nhạc cụ phát ra âm cơ bản có tần số ƒ1 = 420 Hz. Một người chỉ nghe được âm cao nhất có tần số là 18000 Hz, tìm tần số lớn nhất mà nhạc cụ này có thể phát ra để người đó nghe được.
Giải
Gọi ƒn là âm mà người đó nghe được, ta có :
\({f_n} = n{f_1} = 420m\)
Theo bài:
\(\begin{array}{l} {f_n} < 18000 \Leftrightarrow 420n < 18000\\ \Rightarrow n < 42,8\,\,\,\,(1) \end{array}\)
Từ đó giá trị lớn nhất của âm mà người đó nghe được ứng với giá trị nguyên lớn nhất thỏa mãn (1) là n = 42. Vậy tần số âm lớn nhất mà người đó nghe được là 420.42 = 17640 Hz.
III. TRẮC NGHIỆM VẬN DỤNG
Câu 1. Âm sắc là một đặc tính sinh lí của âm phụ thuộc vào
A. vận tốc âm.
B. bước sóng và năng lượng âm.
C. tần số và biên độ âm.
D. bước sóng.
Câu 2. Độ cao của âm là một đặc tính sinh lí của âm phụ thuộc vào
A. vận tốc âm.
B. năng lượng âm.
C. tần số âm
D. biên độ.
---(Nội dung đầy đủ, chi tiết phần trắc nghiệm vận dụng vui lòng xem tại online hoặc đăng nhập để tải về máy)---
Trên đây là trích dẫn một phần nội dung tài liệu Tổng hợp lý thuyết và bài tập về Sóng âm môn Vật Lý 12 năm 2020-2021. Để xem toàn bộ nội dung các em đăng nhập vào trang Chúng tôi để tải tài liệu về máy tính.
Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập.
Chúc các em học tập tốt !
