Sóng Âm Là Gì? Lý Thuyết Sóng Âm Và Các Bài Tập Minh Họa

1. Sóng âm là gì?

Trong những thiên nhiên và môi trường rắn, lỏng, khí, sóng âm là những sóng cơ lan truyền được. Khi sóng âm được truyền đến tai người, nó sẽ làm cho màng nhĩ xê dịch, tạo ra cảm xúc cảm thụ âm, nghĩa là khi đó con người hoàn toàn có thể nghe được âm thanh. Trong môi trường tự nhiên lỏng và khí, sóng âm sống sót dưới dạng sóng dọc, còn trong môi trường tự nhiên rắn thì nó hoàn toàn có thể ở dạng sóng dọc hoặc là sóng ngang .

2. Phân loại sóng âm

2.1. Sóng âm nghe được

Gây ra cảm giác thính giác ở tần số trong khoảng từ 16Hz đến 20000Hz là sóng âm nghe được. 

Bạn đang đọc: Sóng Âm Là Gì? Lý Thuyết Sóng Âm Và Các Bài Tập Minh Họa

2.2. Sóng siêu âm

Không gây ra cảm xúc thính giác ở người với tần số lớn hơn 20000H z là sóng siêu âm .
Sóng siêu âm có tần số 20000H z .

2.3. Sóng hạ âm

Không gây ra cảm xúc thính giác ở người khi tần số nhỏ hơn 16H z là sóng hạ âm .
Sóng hạ âm có tần số 16H z .

2.4. Nhạc âm và tạp âm

Nhạc âm là âm của những nốt Đồ, Rê, Mi, đây là âm có thanh điệu nhất định. Tạp âm là khi có tần số không xác lập của âm ( tiếng ồn ào trên đường, tiếng chuông, tiếng kèn ) .

 

3. Công thức tính sóng âm

Sau đây là những công thức cơ bản cần ghi nhớ của sóng âm :
Công thức về cường độ âm :
USD I = \ frac { P } { 4 \ pi R2 } USD
Công thức về mức cường độ âm :
USD L = lg \ frac { I } { I_ { 0 } } ( B ) USD
Hay còn có công thức khác như sau :
USD L = 10 lg \ frac { I } { I_ { 0 } } ( dB ) USD
Và công thức lan rộng ra như sau :
USD L_ { A } – L_ { B } = 20 lg \ frac { R_ { B } } { R_ { A } } USD

• Ở hai đầu cố định và thắt chặt, tần số sóng âm do dây đàn phát ra sẽ là : f = ( kv ) / ( 2 l ) .

• Khi k = 1 thì đó là âm thanh phát ra cơ bản .
• Nếu k > 1 thì âm thanh phát ra sẽ là họa âm .

• Ở một đầu cố định và thắt chặt, một đầu tự do, ta có ống sáo phát ra tần số sóng âm : f = ( 2 k + 1 ) * v / ( 4 l )

• Khi k = 0 thì âm thanh là âm thanh cơ bản
• Nếu k > 0 thì đó là họa âm

⇒ Công thức để khi biết tần số hai họa âm liên tục và tìm được tần số âm cơ bản là : f = ( n + 1 ) f – nf

4. Đặc trưng vật lý của sóng âm

4.1. Tần số âm

Đặc trưng vật lý quan trọng của âm là tần số âm .

4.2. Cường độ âm

Năng lượng của sóng âm truyền qua một đơn vị chức năng diện tích quy hoạnh là cường độ âm đặt vuông góc với phương truyền sóng ở một đơn vị chức năng thời hạn nhất định .

Ta có ký hiệu của cường độ âm là I, với đơn vị chức năng là W / M2
– Cường độ âm thanh được ký hiệu : I ; mang đơn vị chức năng : W / mét vuông ( oát trên mét vuông )
– Công thức : $ L ( B ) = log \ frac { I } { I_ { 0 } } USD
– Đơn vị : B ( ben ) ; 1B = 10 dB ( đề-xi-ben ) hay $ L ( dB ) = 10.log \ frac { I } { I_ { 0 } } USD

4.3. Mức cường độ âm

Công thức tính cường độ âm thanh là :
$ L ( B ) = log \ frac { I } { I_ { 0 } } USD
Khi đó đơn vị chức năng là : B ( ben ), 1B = 10 dB hoặc $ L ( dB ) = 10.log \ frac { I } { I_ { 0 } } USD
Ta có một vài mức độ của cường độ âm như sau :

Nguồn của âm	Mức độ âm
Tiếng thủ thỉ cách xa, lá rơi	10
Nơi im re	20
Nhạc nhẹ	40
Tiếng nói chuyện cách xa	60
Tiếng ồn ã trên đường	80
Phản lực cất cánh	130

4.4. Âm cơ bản và họa âm

• Nhạc cụ luôn đồng thời phát ra một loại âm có tần số : 2 f0, 3 f0, 4 f0, … với những cường độ khác nhau khi cho nhạc cụ phát ra âm có tần số f0
– Âm cơ bản là âm tần f0, còn những họa âm thứ hai, thứ ba, thứ tư, … là những âm có tần số 2 f0, 3 f0, 4 f0, …
– Khi phát ra cùng một nốt nhạc những họa âm hoàn toàn có thể có biên độ khác nhau kiến đồ thị dao động âm không giống nhau. Có thể phân biệt được điều này qua âm sắc của âm .
– Đồ thị giao động của âm là đặc trưng vật lý thứ ba của âm .

5. Sự truyền âm

a ) Môi trường truyền âm
– Không truyền được trong chân không mà truyền trong những môi trường tự nhiên rắn, lỏng, khí .
– Chất cách âm như bông, len thì âm thanh không hề được truyền qua .
b ) Tốc độ truyền âm
– Âm được truyền với một vận tốc xác lập và hữu hạn trong mỗi thiên nhiên và môi trường khác nhau .
Tốc độ truyền âm của những chất như sau :

Chất	V (m/s)
Không khí tại 0 độ	331
Không khí tại 25 độ	346
Hidro tại 0 độ	1280
Nước tại 15 độ	1500
Sắt	5800
Nhôm	6260

6. Đặc trưng sinh lý của sóng âm

– Độ cao của âm :
+ Tần số càng lớn khi âm thanh càng cao. Tần số càng nhỏ âm thanh càng trầm, thấp

– Độ to của âm :
Ta không hề đo độ to của âm bằng cách lấy mức cường độ âm
Độ to của âm phụ thuộc còn nhờ vào vào cường độ âm, mức cường độ âm và tần số của âm .
+ Ta nghe được càng lớn khi cường độ âm càng lớn .
+ Mức cường độ âm nhỏ nhất mà tai ta có cảm xúc nghe được gọi là ngưỡng nghe .
+ Tai nghe có cảm xúc nhức nhói so với mọi tần số khi cường độ âm lên đến 10W / mét vuông gọi là ngưỡng đau .
– Âm sắc :
+ Vì những nhạc cụ có âm sắc khác nhau, nên khi những nhạc cụ khác nhau phát ra những âm có cùng một độ cao nhưng tai ta hoàn toàn có thể phân biệt được âm thanh của từng nhạc cụ khác nhau .
+ Đồ thị giao động của chúng có dạng khác nhau khi âm có cùng một độ cao do những nhạc cụ khác nhau phát ra có cùng một chu kì .
⇒ Âm sắc là một đặc trưng sinh lí của âm thanh khi phân biệt những nguồn. Đồ thị dao động âm có tương quan mật thiết đến âm sắc .

7. Một số câu hỏi thường gặp về sóng âm

7.1. Sóng âm không truyền được trong thiên nhiên và môi trường nào ?

Sóng âm chỉ hoàn toàn có thể được truyền trong một môi trường tự nhiên nhất định :
Với thiên nhiên và môi trường chất rắn, chất lỏng, chất khí thì sóng âm hoàn toàn có thể truyền được .
Trong thiên nhiên và môi trường chân không thì sóng âm không truyền được .

7.2. Sóng âm là sóng dọc hay sóng ngang ?

Tùy thuộc vào thiên nhiên và môi trường mà sóng âm hoàn toàn có thể là sóng dọc hoặc sóng ngang .
+ Trong môi trường tự nhiên chất lỏng và chất khí thì sóng âm sẽ là sóng dọc .

+ Trong môi trường chất rắn, sóng âm tồn tại dưới dạng sóng dọc hoặc sóng ngang.

Xem thêm: Thương mại điện tử là gì? Sau này làm nghề gì? Học trường nào tốt?

7.3. Sóng siêu âm là gì ? Sóng siêu âm có hại không ?

Siêu âm hay sóng siêu âm, đây là từ có nguồn gốc từ những từ tiếng Latinh, trong đó “ ultra ” là vượt ra ngoài, “ sonic ” nghĩa là âm thanh. Thuật ngữ này dùng để miêu tả những sóng âm thanh rung động nhanh hơn mức tai người hoàn toàn có thể phát hiện được .
Sóng siêu âm có rất nhiều quyền lợi nhưng sống sót song song với nó là những hạn chế. Một số ảnh hưởng tác động hoàn toàn có thể gây ra với sức khỏe thể chất như sau :

• Nam giới hoàn toàn có thể vô sinh trong 6 tháng .
• Sức khỏe sinh sản của người mẹ hoàn toàn có thể xảy ra khi mang thai .
• Sóng siêu âm hoàn toàn có thể ảnh hưởng tác động đến sức khỏe thể chất và sự tăng trưởng thông thường của thai nhi
• Có thể làm biến dạng DNA, gây ảnh hưởng tác động đến di truyền .
• Khi sóng âm có tần số > 20KH z hoàn toàn có thể gây tác động ảnh hưởng đến thính giác con người .

8. Bài tập sóng âm

8.1. Bài tập minh họa

1. Tần suất số âm cơ bản của sáo là 420H z. 20000 Hz là tần số âm cao nhất một người nghe được. Người này hoàn toàn có thể nghe được tần số âm cao nhất do chiếc sáo phát ra là bao nhiêu ?
Giải :
Ta có cơ bản : fn = n * f = 420 n ( nN )
Lại có
USD f_ { n } \ leq 20000 \ Rightarrow 420 n \ leq 20000 \ Rightarrow n \ leq 47,6 \ Rightarrow n_ { max } = 47 USD
Suy ra tiếng sáo hoàn toàn có thể phát ra tần số âm lớn nhất người này nghe được là : 47. 420 = 19740

2. Trong khoảng trống một nguồn âm phát âm đẳng hướng. Không có sự hấp thụ và phản xạ âm thanh tại đây. Ở một điểm cách nguồn âm 10 m sẽ có 80 dB là mức cường độ âm. Mức cường độ âm bằng bao nhiêu nếu cách nguồn âm 1 m ?
Giải :
Có : USD \ frac { I_ { 1 } } { I_ { 2 } } = ( \ frac { R_ { 2 } } { R_ { 1 } } ) ^ { 2 } = \ frac { 1 } { 100 } \ Rightarrow I_ { 2 } = 100I _ { 2 } USD
USD L_ { 1 } = 10 lg \ frac { I_ { 1 } } { I_ { 0 } } ( dB ) USD
USD L_ { 2 } = 10 lg \ frac { I_ { 2 } } { I_ { 0 } } ( dB ) = 10 lg \ frac { 100I _ { 1 } } { I_ { 0 } } ( dB ) = 10. ( 2 + lg \ frac { I_ { 1 } } { I_ { 0 } } ) = 20 + L_ { 1 } = 100 dB USD

3. Họa âm thứ năm và thứ sáu có tần số bằng bao nhiêu khi tần số hơn kém nhau 50H z là của hai họa âm liên tục do một dây đàn phát ra ?
Giải :
Ta có
fn – fn-1 = 50 ⇔ nf1 – ( n – 1 ) f1 = 50 f1 = 50H z
Suy ra tần số của họa âm thứ 5 là :
F5 = 5 * f1 = 5.50 = 250 Hz
Tần số của họa âm thứ sáu là :
F6 = 5.60 = 300 Hz

4. Trong một thiên nhiên và môi trường không hấp thụ và không phản xạ âm, một nguồn âm điểm S phát âm đẳng hướng với hiệu suất không đổi. Ban đầu, cường độ âm thanh do S tạo ra tại điểm M là L ( đơn vị chức năng dB ). 60 m là khoảng cách từ S đến M thì mức cường độ âm tại M lúc này là L + 6 ( dB ). Khoảng cách từ M đến S lúc đầu là
Giải :
Ta có :
USD 10 lg \ frac { I_ { 2 } } { I_ { 1 } } = 20 lg \ frac { R_ { 1 } } { R_ { 2 } } = 6 \ Rightarrow \ frac { R_ { 1 } } { R ! – 60 } = 0,3 \ Rightarrow R_ { 1 } approx 120 m USD

5. Đầu trên hở trong không khí của một ống thủy tinh hình trụ đặt thẳng đứng với một lượng nước không thay đổi bên trong. Với tần f = 1100 Hz, khi đưa một âm thoa lại gần miệng ống và kích thích âm thoa giao động thì ống không phát ra âm thanh. Dâng mực nước lên cao dần sau khi giữ nguyên âm thoa liên tục giao động thì thấy âm thanh ống phát ra to dần đến cực lớn, rồi nhỏ đến tắt hẳn. Trong trường hợp này, mực nước dâng cao 15 cm so với bắt đầu. Vận tốc truyền âm thanh trong không khí lúc này là bao nhiêu ?
Giải :
Ta có mực nước dâng lên là : λ / 2 = 15 cm ⇒ λ = 30 cm
Trong không khí sẽ có tốc độ truyền âm là : v = λ * f = 0,3 * 1100 = 330 m / s

8.2. Bài tập vận dụng

Câu 1:

Phát sóng âm theo mọi phương như nhau từ nguồn âm O. Qua nguồn âm O, hai điểm A, B nằm trên cùng đường thẳng, so với nguồn thì cùng bên. Khoảng cách từ A đến nguồn bé hơn B đến nguồn 4 lần. Mức cường độ âm tại B bằng bao nhiêu, nếu mức độ âm tại A là 60 dB ?
A. 48 dB B. 15 dB C. 20 dB D. 16 dB
Đáp án : A

Câu 2:

Cường độ âm là I khi một người đứng cách một nguồn âm khoảng chừng là d. Cường độ âm thanh giảm chỉ còn I / 4 khi người đó tiến xa nguồn âm 20 m nữa. d có khoảng cách là :
A. 40 m B. 160 m C. 10 m D. 20 m
Đáp án D

Câu 3:

Nếu mức cường độ âm tăng thêm 2 Ben, cường độ âm tăng gấp bao nhiêu lần ?
A. 10 lần B. 100 lần C. 50 lần D. 1000 lần
Đáp án D

Câu 4:

2 nhạc cụ khác nhau có âm thanh phát ra luôn khác nhau ở :
A. Độ cao B. Độ to C. Âm sắc D. Mức cường độ âm
Đáp án : A

Câu 5:

Tai ta hoàn toàn có thể cảm thụ sóng cơ học tần số bao nhiêu khi sóng cơ lan truyền trong không khí với cường độ đủ lớn ?
A. Sóng cơ học 10 Hz
B. Sóng cơ học 20 Hz
C. Sóng cơ học 30 kHz
D. Sóng cơ học với chu kỳ luân hồi 2 ms
Đáp án : D

Câu 6:

Cường độ âm chuẩn kém 10 lần cường độ âm suy ra mức cường độ âm có giá trị là :
A. 2 dB B. 2 dB C. 20 B D. 100 dB
Đáp án B

Câu 7:  

Cách nguồn âm đẳng hướng tại điểm A có 10 m với cường độ âm là 24 dB suy ra mức cường độ âm bằng không cách nguồn cách khoảng cách là :
A. 3162 m B. 2812 m C. 158,49 m D. 2681 m
Đáp án C

Câu 8:

Trong không khí, tốc độ truyền âm thanh là 340 m / s. 2 điểm gần nhau nhất trên cùng một phương truyền sóng âm xê dịch có độ dài ngược pha nhau 0,85 m. Vậy âm có tần số là bao nhiêu ?
A. f = 85H z B. f = 170H z C. f = 200H z D. f = 255H z
Đáp án : C

Câu 9:  

Ở một đầu ống trụ 1 m có một pittông dùng để kiểm soát và điều chỉnh chiều dài cột khí ống. Với tần số 660 Hz ở gần đầu hở của ống, đặt một âm thoa xê dịch. Vận tốc củaâm thanh trong không khí bằng 330 m / s. Để cộng hưởng âm trong ống thì phải kiểm soát và điều chỉnh độ dài ống là ?
A. l = 0,75 m B. l = 0,50 m C. l = 25,0 cm D. l = 12,5 cm
Đáp án : D

Câu 10:

Tần số f = 1000H z Viral trong không khí là của một sóng cơ học. Sóng đó là loại sóng gì ?
A. Sóng siêu âm B. Sóng âm

C. Sóng hạ âm                                               D. Không thể kết luận 

Xem thêm: Tại sao Viêt Nam sử dụng điện lưới 50Hz mà không phải là 60Hz ?

Đáp án : D

Trên đây hàng loạt kỹ năng và kiến thức về sóng âm mà VUIHOC san sẻ với những bạn học viên. Hy vọng rằng, bài viết này sẽ giúp sẽ giúp những em hoàn toàn có thể nắm vững kiến thức và kỹ năng và giải những bài tập Vật lý thuận tiện. Để đọc thêm nhiều kỹ năng và kiến thức Vật Lý có ích khác, những em học viên hãy truy vấn Vuihoc. vn ngay giờ đây nhé !

Source: https://vh2.com.vn
Category : Điện Tử