Hiện tượng giao thoa sóng cơ, vật lí phổ thông

1. HIỆN TƯỢNG GIAO THOA SÓNG CƠ

– Khi sóng mặt nước gặp một khe chắn hẹp có kích thước nhỏ hơn bước sóng thì sóng truyền qua khe giống như một tâm phát sóng mới.

– Hai nguồn kết hợp là hai nguồn dao động cùng phương, cùng chu kì (hay tần số) và có hiệu số pha không đổi theo thời gian. Hai nguồn kết hợp có cùng pha là hai nguồn đồng bộ.

– Hai sóng do hai nguồn kết hợp phát ra là hai sóng kết hợp.

Hiện tượng giao thoa là hiện tượng hai sóng kết hợp khi gặp nhau thì có những điểm ở đó chúng luôn luôn tăng cường lẫn nhau, có những điểm ở đó chúng luôn luôn triệt tiêu nhau.

Các gợn sóng có hình các đường hypebol gọi là các vân giao thoa.

2. CỰC ĐẠI VÀ CỰC TIỂU

– Giao thoa của hai sóng phát ra từ hai nguồn sóng kết hợp S₁, S₂ cách nhau một khoảng l:

• Phương trình sóng tại 2 nguồn : (Điểm M cách hai nguồn lần lượt d₁, d₂)

\({u_1} = {\rm{Acos}}(2\pi ft + {\varphi _1})\) và \({u_2} = {\rm{Acos}}(2\pi ft + {\varphi _2})\)

• Phương trình sóng tại M do hai sóng từ hai nguồn truyền tới:

\({u_{1M}} = {\rm{Acos}}(2\pi ft – 2\pi \dfrac{{{d_1}}}{\lambda } + {\varphi _1})\) và \({u_{2M}} = {\rm{Acos}}(2\pi ft – 2\pi \dfrac{{{d_2}}}{\lambda } + {\varphi _2})\)

\({u_M} = {\rm{ }}{u_{1M}} + {\rm{ }}{u_{2M}}\)

\({u_M} = 2Ac{\rm{os}}\left( {\pi \dfrac{{{d_1} – {d_2}}}{\lambda } + \dfrac{{\Delta \varphi }}{2}} \right)c{\rm{os}}\left( {2\pi ft – \pi \dfrac{{{d_1} + {d_2}}}{\lambda } + \dfrac{{{\varphi _1} + {\varphi _2}}}{2}} \right)\)

• Biên độ dao động tại M: \({A_M} = 2A\left| {c{\rm{os}}\left( {\pi \dfrac{{{d_1} – {d_2}}}{\lambda } + \dfrac{{\Delta \varphi }}{2}} \right)} \right|\) với \(\Delta \varphi = {\varphi _2} – {\varphi _1}\)
• Những điểm dao động với biên độ cực đại có hiệu đường đi từ hai nguồn sóng tới đó thỏa mãn: \({d_2} – {d_1} = k\lambda + \dfrac{{\Delta \varphi }}{{2\pi }}\lambda \) với \(k = 0; \pm 1; \pm 2; \pm 3;……….\)
• Những điểm dao động với biên độ cực tiểu: \({d_2} – {d_1} = (k + \dfrac{1}{2})\lambda + \dfrac{{\Delta \varphi }}{{2\pi }}\lambda \)     \(k = 0; \pm 1; \pm 2; \pm 3;….\)

+ Khoảng cách giữa 2 cực đại liên tiếp hoặc 2 cực tiểu liên tiếp là: \(\dfrac{\lambda }{2}\)

+ Khoảng cách giữa 1 cực đại và 1 cực tiểu gần nhất là \(\dfrac{\lambda }{4}\)

+ Tại I trung điểm của 2 nguồn sóng:

•  2 nguồn cùng pha: I dao động với biên độ cực đại
•  2 nguồn ngược pha: I dao động với biên độ cực tiểu

3. ĐIỀU KIỆN GIAO THOA – SÓNG KẾT HỢP

Hai sóng là hai sóng kết hợp tức là hai sóng cùng tần số và có độ lệch pha không đổi theo thời gian (hoặc hai sóng cùng pha).