Sóng âm là gì? Công thức, bài tập sóng âm

Sóng âm là gì? Công thức, bài tập sóng âm

Trong chương trình thi THPT quốc gia thì sóng âm là một trong những dạng toán khó. Để giải quyết các bài tập chương này, không chỉ nắm vững các định nghĩa sóng âm là gì mà còn phải thuộc lòng công thức. Giúp quá trình áp dụng một cách nhanh chóng, chính xác. Dưới đây là một số điểm lý thuyết và bài tập quan trọng về chủ đề sóng âm trong chương trình vật lý 12.

Sóng âm là gì?

Theo định nghĩa từ Wikipedia sóng âm là những sóng cơ được truyền trong các môi trường khác nhau như: Rắn, lỏng, khí.

Phân loại sóng âm

Theo chuẩn trong SGK vật lý 12, thì sóng âm được phân chia thành 4 loại sau đây, mỗi loại có một đặc điểm riêng biệt dựa vào tần số để phân chia:

• Sóng âm nghe được: Sóng âm có tần số trong khoảng từ 16Hz đến 20000Hz, gây ra cảm giác thính giác. Nên được gọi là sóng âm nghe được.
• Sóng siêu âm: Có tần số lớn hơn 20000Hz không gây ra cảm giác thính giác ở người. Loại sóng này thường là phương tiện giao tiếp của một số loài động vật khác ví dụ như cá heo.
• Sóng hạ âm: Tần số sóng hạ âm sẽ nhỏ hơn 16Hz thính giác con người không thể nghe.
• Nhạc âm và tạp âm: Nhạc âm là âm với tần số xác định. Tạp âm là âm có tần số không thể xác định. Nhạc âm là mặt tích cực của sóng âm và tạp âm là mặt tiêu cực của nó.

Phân loại theo tính chất truyền sóng trong các môi trường thì: trong chất lỏng và chất khí sóng âm là sóng dọc còn trong chất rắn sóng âm gồm cả sóng ngang và sóng dọc

Ví dụ sóng âm

Sóng âm là nhạc âm: mỗi nốt nhạc Đồ, rê, mi, fa, sol, la, si, đô

Sóng âm là tạp âm: tiếng trống, tiếng cồng chiêng, tiếng ồn ào ngoài phố…

Đặc trưng vật lý về sóng âm

Nói đến đặc trưng vật lý của sóng âm, người ta đề cập đến các đại lượng sau:

• Chu kì
• Biên độ
• Năng lượng
• Mức cường độ
• Đồ thị

Phần này chúng ta sẽ trình bày kĩ hơn trong phần công thức sóng âm.

Đặc trưng sinh lý sóng âm

Độ cao

• Âm cao: thanh – bổng có tần số lớn
• Âm thấp: trầm – lắng có tần số nhỏ

Ở cùng một tần số nhất định thì âm cao dễ nghe hơn âm trầm

Độ to

• Ngưỡng nghe là cường độ âm nhỏ nhất mà tai của con người có thể cảm nhận được.
• Ngưỡng đau là cường độ âm đủ lớn để đem đến cảm giác nhức tai của con người.

Miền nghe được có cường độ nằm trong khoảng từ ngưỡng nghe đến ngưỡng đau.

Âm sắc

Là sắc thái của âm thanh.

Mối liên hệ tương quan giữa đặc trưng sinh lý và đặc trưng vật lý của âm:

• Độ cao: tương ứng với tần số hoặc chu kì
• Độ cao: Tương ứng với mức cường độ âm (biên độ, năng lượng, tần số)
• Âm sắc: tương ứng đồ thị âm, bao gồm các yếu tố như biên độ, năng lượng, tần số âm và cấu tạo nguồn phát âm.

Công thức sóng âm

Công thức về cường độ âm:

Với W (J), P (W) là năng lượng, công suất phát âm của nguồn.S (m²) là diện tích mặt vuông góc với phương truyền âm (với sóng cầu thì S là diện tích mặt cầu S=4πR²)

Mức cường độ âm:

hoặc

Đơn vị của mức cường độ âm là Ben (B), thường dùng đềxiben (dB):    1B = 10dB. 

Ghi chú tỉ lệ quan trọng:

Với I₀ = 10^-12 W/m² gọi là cường độ âm chuẩn  ở f = 1000Hz. Đơn vị của mức cường độ âm là Ben (B), thường

dùng đềxiben (dB):    1B = 10dB. 

Bài tập trắc nghiệm sóng âm

Câu 1. Những yếu tố nào sẽ ảnh hưởng đến cảm giác về âm ?

A. Nguồn âm và môi trường truyền âm.

B. Nguồn âm và tai người nghe.

C. Môi trường truyền âm và tai người nghe.

D. Tai người nghe và giây thần kinh thị giác.

Đáp án B. Nguồn âm và tai người nghe. Câu trả lời này được dựa vào khái niệm về tính sinh lý và vật lý của sóng  âm.

Câu 2. Tai con người có thể nghe được những âm thanh có mức cường độ âm nằm ở khoảng nào?

A. Từ 0 dB đến 1000 dB.

B. Từ 10 dB đến 100 dB.

C. Từ -10 dB đến 100dB.

D. Từ 0 dB đến 130 dB.

Đáp án D. Từ 0 dB đến 130 dB.

Theo SGK vật lý CB và NC lớp 12, tai người có thể nghe âm có mức cường độ từ 0 đến 130 dB. Do đó chọn đáp án D.

Câu 3. Sóng cơ học có tần số f = 1000Hz truyền đi trong không khí. Sóng đó được gọi là sóng gì trong những loại sóng sau đây:

A. sóng siêu âm.

B. sóng âm.

C. sóng hạ âm.

D. chưa đủ điều kiện để kết luận.

Đáp án B. Sóng âm, vì sóng âm có tần số trong khoảng 16Hz đến 20000Hz, Cao hơn 20000Hz thì gọi là siêu âm,

thấp hơn 16Hz gọi là hạ âm.

Câu 4. Chọn phát biểu sai trong các phát biểu dưới đây

A. Sóng âm là sóng cơ học có tần số nằm trong từ 16Hz đến 20kHz.

B. Sóng hạ âm là sóng cơ học có tần số nhỏ hơn 16Hz.

C. Sóng siêu âm là sóng cơ học có tần số lớn hơn 20kHz.

D. Sóng âm thanh bao gồm cả sóng âm, hạ âm và siêu âm.

Đáp án D. Sóng âm thanh bao gồm cả sóng âm, hạ âm và siêu âm.

Sóng âm thanh chính là sóng âm. Do đó, sóng âm thanh không bao gồm hạ âm và siêu âm. Sóng âm là sóng cơ học có tần số từ 16Hz đến 20000Hz. Sóng hạ âm là sóng cơ học có tần số nhỏ hơn 16Hz. Sóng siêu âm là sóng cơ học có tần số lớn hơn 20000Hz.

Câu 5. Phát biểu nào là sai khi trình bày về lý thuyết của sóng âm?

A. Ở cùng một nhiệt độ, tốc độ truyền sóng âm trong không khí nhỏ hơn tốc độ truyền sóng âm trong nước.

B. Truyền được trong cả 3 môi trường rắn, lỏng và khí.

C. Trong không khí là sóng dọc

D. Sóng âm trong không khí là sóng ngang.

Đáp án D. Sóng âm trong không khí là sóng ngang.

Để có một cái nhìn tổng quát về dạng toán sóng âm, các em không những phải hiểu khái niệm sóng âm mà còn phải liệt kê các công thức cần nhớ một cách chi tiết, rõ ràng. Sau đó tiến hành ghi nhớ bằng cách làm đi làm lại các dạng toán có chứa những công thức đó. Làm được điều này sẽ giúp quá trình đạt được năng lực tiềm thức ở một lĩnh vực nào đó trở nên nhanh chóng hơn. Giúp các em phản xạ tốt khi gặp các bài tập vật lý khó, cần giải quyết trong thời gian ngắn.

Giáo dục