Mô tả sóng, sóng ngang và sóng dọc

Cần hai thứ: một nguồn dao động (tay rung sợi dây, loa rung màng) và một môi trường mà các phần tử liên kết với nhau bằng lực đàn hồi. Phần tử đầu bị kéo đi thì kéo theo phần tử kề nó, rồi phần tử kề đó kéo phần tử tiếp theo: dao động cứ thế "chuyền" từ phần tử này sang phần tử khác. Mỗi phần tử bắt chước chuyển động của phần tử trước, nhưng chậm hơn một chút. Vì thế các phần tử ở xa nguồn dao động trễ pha so với phần tử gần nguồn.

Vì sao sóng ngang không truyền được bên trong chất khí và chất lỏng? Sóng ngang cần lực đàn hồi chống lại sự trượt giữa các lớp, mà lớp khí và lớp lỏng trượt lên nhau gần như không có lực đàn hồi. Sóng dọc chỉ cần lực đàn hồi khi nén hoặc dãn, thứ mà mọi chất đều có.

Phần tử môi trường chỉ dao động quanh vị trí cân bằng của nó. Cái đi xa là trạng thái dao động (pha) và năng lượng dao động. Khi sóng tới, phần tử nhận năng lượng từ phần tử trước và chuyển tiếp cho phần tử sau. Đó là lí do sóng có thể gây tác dụng ở xa nguồn: sóng thần làm đổ nhà, sóng âm làm rung màng nhĩ.

Từ định nghĩa bước sóng:

$$\lambda = vT = \dfrac{v}{f}, \qquad v=\lambda f.$$

Hai điều phải nhớ khi đổi môi trường:

• $f$ và $T$ do nguồn quyết định nên không đổi;
• $v$ do môi trường quyết định nên đổi, và $\lambda=v/f$ đổi theo $v$.

Ví dụ: tiếng đàn có $f=440$ Hz đi từ không khí vào nước vẫn là $440$ Hz (ta nghe cùng một nốt), nhưng bước sóng dài hơn vì $v$ trong nước lớn hơn.

Tốc độ truyền sóng cơ thường: $v_{\text{rắn}}>v_{\text{lỏng}}>v_{\text{khí}}$. Với sóng trên dây, $v$ tăng khi dây căng hơn và giảm khi dây nặng hơn.

• Sóng cơ: dao động lan truyền trong môi trường; truyền pha và năng lượng, không truyền vật chất.
• Sóng ngang: dao động $\perp$ truyền; sóng dọc: dao động $\parallel$ truyền.
• $T$, $f$ do nguồn; $v$ do môi trường; $\lambda=vT=v/f$.
• $n$ ngọn sóng $\Rightarrow$ $(n-1)$ chu kì; $n$ đỉnh liên tiếp $\Rightarrow$ $(n-1)\lambda$.
• Sang môi trường khác: $f$ giữ nguyên, $\lambda'/\lambda=v'/v$.