Báo cáo thí nghiệm Khảo sát sóng dừng trên dây môn Vật lý đại cương | Đại học Kinh tế Thành phố Hồ Chí Minh

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG 1 Bài thí nghiệm:
KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG SÓNG DỪNG TRÊN DÂY
Họ và Tên: Nguyễn Đình Khánh Lớp: Đạn 1
Nhóm: 03 Bài số:02 I. MỤC ĐÍCH
Mục đích của bài thí nghiệm này là tạo điều kiện để sinh viên quan sát
hiện tượng sóng dừng trên một sợi dây và sử dụng hiện tượng sóng dừng để
xác định một số đặc trưng của sóng cơ.
II. TÓM TẮT CƠ SỞ LÍ THUYẾT
- Sóng dừng là hiện tượng giao thoa của hai sóng kết hợp có cùng biên độ,
truyền ngược chiều nhau, tạo nên các bụng sóng (điểm dao động với biên
độ lớn nhất) nằm xen giữa các nút sóng (điểm không dao động).
- Xét một sợi dây mảnh và mềm có chiều dài L = OB. Đầu B được giữ cố
định và đầu O được kích thích dao động với tần số f theo quy luật: 𝒙𝟎 = 𝒂
𝑺𝒊𝒏 𝟐𝝅𝒇𝒕
-Phương trình dao động tổng hợp tại điểm M có dạng: 𝑳
𝒙𝑴 = 𝑨 𝑪𝒐𝒔 𝟐𝝅( 𝒇𝒕 − ) 𝝀 𝟐𝝅𝒚 trong đó: A= 2a Sin 𝝀 𝝀
- Nếu 𝑦 = 𝑘 (với k = 0, 1, 2...) thì biên độ sẽ có giá trị nhỏ nhất 𝟐
𝐴𝑀𝐼𝑁 = 0 . Khi đó điểm M đứng yên và được gọi là nút sóng (Đầu B của sợi
dây chính là một nút sóng). 𝝀
- Nếu 𝑦 = (2𝑘 + 1) (với k = 0, 1, 2...) thì biên độ sẽ có giá trị lớn 𝟒
nhất 𝐴𝑀𝐴𝑋 = 2𝑎. Khi đó điểm M dao động mạnh nhất và được gọi là bụng sóng.
-Việc khảo sát quá trình truyền sóng trên sợi dây còn chứng tỏ rằng với
lực căng F cho trước, biên độ dao động tại các bụng sóng chỉ đạt giá trị cực
đại ổn định khi sợi dây có độ dài L bằng: 𝝀 𝑦 = (2𝑘 + 1) 𝟒
-Công thức trên là điều kiện xuất hiện của sóng dừng trên sợi dây. Với
lực căng F và độ dài L cho trước của sợi dây OB, biên độ cực đại của các
bụng sóng chỉ thực sự ổn định khi có sóng dừng, nghĩa là khi tần số của
nguồn kích thích dao động tại đầu O lấy các giá trị xác định bằng tần số riêng
của sợi dây (f, 2f, 3f... tuỳ theo số bụng sóng k = 1, 2, 3...).
-Từ các công thức ở trên ta có: 2𝐿 1 𝐹 𝜆 = = ⋅ √ 𝑘 𝑓 𝜇
Với sợi dây có độ dài L cho trước, lần lượt thay đổi tần số f của nguồn
sóng và lực căng F tác dụng lên sợi dây để khảo sát hiện tượng sóng dừng
trên sợi dây khi có cộng hưởng với k = 1, 2, 3... bụng sóng. Từ đó, xác định
được bước sóng và vận tốc v của sóng truyền trên sợi dây, đồng thời có thể
xác định được sự phụ thuộc của bước sóng vào tần số f và lực căng
III. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
1) Khảo sát hiện tượng song dừng, xác định bước sóng và vận tốc truyền sóng.
a) Tần số không đổi
( f=170.9 ± 0.1 Hz ; F=1.0 N ) k L ± 0.001 (m) 𝜆 ± 0.001 (m) v ± 0.2 (m/s) 1 0.127 0.254 43.408 2 0.247 0.247 42.212 3 0.379 0.253 43.238 4 0.534 0.267 45.630 5 0.711 0.284 48.536
• Chú ý: Sai số của v được tính theo cách sau - ̅ 𝛥𝑣 𝛥𝜆 𝛥𝑓
Áp dụng công thức: 𝑣̅ = 𝜆̅ + 𝑓̅ ⇒ 𝛥𝑣 ≈ 0,2 (m/s)
• Nhận xét: Trong điều kiện giữ nguyên tần số f thích hợp với lực căng không
đổi có độn lớn 1,0 N, khi ta thay đổi độ dài L của sợi dây khảo sát thấy được: 2𝐿
+ Dựa vào công thức 𝜆 = , thì khi k tăng thì L cũng tăng theo nên giá trị 𝑘
của bước sóng vẫn có sự thay đổi nhưng không quá lớn, cho thấy khi thay
đổi L thì 𝜆 cũng không thay đổi
+Vận tốc truyền sống trên dây không thay đổi nhiều +Tăng
L thì sẽ làm xuất hiện thêm các bụng sóng
b) Chiều dài dây không đổi ( L= 0.5 m ; F= 1,0 N) k f ± 0.1 ( Hz) 𝜆 ± 0.001 (𝑚) 1 (𝐻𝑧−1) 𝑓 1 40.6 1 0.025 2 76.4 0.5 0.013 3 123.1 0.333 0.008 4 167.3 0.25 0.006 5 203.2 0.2 0.005 • Nhận xét:
+ Bước sóng giảm dần khi số bụng k tăng lên
+ Tần số f tăng khi k tăng
+ 𝜆 tỉ lệ thuận với 1/f và tỉ lệ nghịch với f
2) Khảo sát sự phụ thuộc vận tốc truyền sóng vào lực căng dây. (L= 0.7 m ) F (N) f (Hz) 𝜆 (𝑚) 𝑣2 (𝑚/𝑠2) 1 30.5 1.4 1823.3 1.5 35.8 1.4 2512.1 2 40 1.4 3136 2.5 44.8 1.4 3933.8 3 46.9 1.4 4311.2 3.5 51.1 1.4 5117.9 4 53.1 1.4 5526.4
• Nhận xét: + Vận tốc sóng đều tỉ lệ với f và F, khi v tang thì f và F cũng tăng.