LÝ THUYẾT - SÁCH HÌNH ĐỘNG
LỚP 11·10 / 2026

SONG · 0640 phút

Sóng dừng

Nút, bụng, l = nλ/2

Cần học trướcSONG · 02 · Độ lệch pha và đồ thị sóng

Mục tiêu

  • Giải thích được sóng dừng là kết quả giao thoa của sóng tới và sóng phản xạ, nhận ra nút và bụng, biên độ và pha dao động của các điểm.
  • Viết được điều kiện sóng dừng trên dây hai đầu cố định l=nλ2l=n\dfrac\lambda2 và dây một đầu cố định, một đầu tự do l=(2n+1)λ4l=(2n+1)\dfrac\lambda4; tính λ\lambda, vv, ff, số bụng, số nút.
  • Tính được biên độ của một điểm bất kì, số điểm cùng biên độ, tốc độ dao động cực đại, thời gian giữa hai lần dây duỗi thẳng.

Khởi động

Gảy một dây đàn guitar: dây rung thành những "cái bụng" lớn cố định, giữa chúng là những điểm đứng yên. Hình dạng này không chạy dọc dây như sóng thường mà chỉ phồng lên rồi xẹp xuống tại chỗ. Vì sao dây đàn chỉ rung được với vài tần số nhất định (các nốt khác nhau), còn mọi tần số khác thì dây gần như bất động?

01Kiến thức cần nhớ

1. Sự phản xạ sóng

Sóng đi tới đầu dây thì bị phản xạ quay lại.

  • Đầu cố định: sóng phản xạ ngược pha với sóng tới (đổi dấu li độ) và đầu dây luôn đứng yên: đó là một nút.
  • Đầu tự do: sóng phản xạ cùng pha với sóng tới và đầu dây dao động mạnh nhất: đó là một bụng.

Sóng tới và sóng phản xạ cùng tần số, truyền ngược chiều nhau nên là hai sóng kết hợp, chúng giao thoa với nhau.

2. Sóng dừng

Đặc điểm của sóng dừng (dây có sóng dừng ổn định):

  • Khoảng cách giữa hai nút liên tiếp, hoặc hai bụng liên tiếp, bằng λ2\dfrac\lambda2; từ một nút đến bụng kề nó bằng λ4\dfrac\lambda4.
  • Biên độ của điểm cách nút gần nhất một đoạn dd là Ad=Ab∣sin⁡2πdλ∣A_d=A_b\left\lvert\sin\dfrac{2\pi d}{\lambda}\right\rvert, trong đó AbA_b là biên độ bụng (Ab=2aA_b=2a nếu sóng tới có biên độ aa). Nếu dd tính từ bụng: Ad=Ab∣cos⁡2πdλ∣A_d=A_b\left\lvert\cos\dfrac{2\pi d}{\lambda}\right\rvert.
  • Các điểm trong cùng một bó sóng (giữa hai nút liên tiếp) dao động cùng pha; hai bó kề nhau dao động ngược pha.
  • Tất cả các điểm (trừ nút) đi qua vị trí cân bằng cùng lúc, và hai lần duỗi thẳng liên tiếp của dây cách nhau T2\dfrac T2.
  • Sóng dừng không truyền năng lượng dọc dây; năng lượng chỉ qua lại trong từng bó.
Tương tácSóng dừng trên dây: đổi f để cộng hưởng
cần rungCỘNG HƯỞNG: n = 2: 2 bụng (cam), 3 nút (vòng cyan)chuyển động phát chậm; vị trí nút, bụng là thật
— thoả điều kiện
Các tần số cộng hưởng (Hz): 16,7; 33,3; 50; 66,7; 83,3; 100 …
14,300150f (Hz)biên độ bụng / biên độ cần rung

Kéo f (hoặc bấm f₁, f₂, f₃): ở tần số bất kì dây rung rất nhẹ, nhưng khi l = nλ/2 (đầu cố định) hoặc l = (2n+1)λ/4 (đầu tự do) biên độ tăng vọt, hiện n bụng và các nút. Đồ thị bên dưới là đường cộng hưởng. Bật “Sóng tới và sóng phản xạ” để thấy hai sóng chạy ngược chiều.

3. Điều kiện sóng dừng trên dây

Muốn có sóng dừng ổn định, hai đầu dây phải thoả điều kiện nút, bụng tương ứng với kiểu đầu. Chiều dài dây ll phải chứa nguyên số lần λ4\dfrac\lambda4 tương ứng.

Hai tần số liên tiếp cho sóng dừng trên dây hai đầu cố định cách nhau v2l\dfrac v{2l}; tần số nhỏ nhất (n=1n=1) là v2l\dfrac v{2l}.

Hai đầu cố địnhl = λ/2l = λl = 3λ/2l = 2λMột đầu cố định, một đầu tự dol = λ/4l = 3λ/4l = 5λ/4
Sóng dừng trên dây: hai đầu cố định (l = nλ/2, n bụng) và một đầu cố định một đầu tự do (l = (2n+1)λ/4)

02Tóm tắt

  • Sóng dừng = sóng tới + sóng phản xạ; nút đứng yên, bụng dao động mạnh nhất.
  • Hai nút (bụng) liên tiếp cách λ2\dfrac\lambda2; nút – bụng kề nhau cách λ4\dfrac\lambda4.
  • Hai đầu cố định: l=nλ2l=n\dfrac\lambda2 (nn bụng, n+1n+1 nút). Một đầu tự do: l=(2n+1)λ4l=(2n+1)\dfrac\lambda4.
  • Ad=Ab∣sin⁡2πdλ∣A_d=A_b\lvert\sin\dfrac{2\pi d}{\lambda}\rvert với dd tính từ nút. Cùng bó cùng pha, bó kề nhau ngược pha.
  • Hai lần duỗi thẳng liên tiếp cách T2\dfrac T2.

03Mở rộng

Dạng: Các điểm cùng biên độ cách đều nhau, suy ra λ\lambda và biên độ bụng

Dạng khó (mức học sinh giỏi). Trên dây có sóng dừng, các điểm có cùng biên độ AMA_M (khác 00 và khác AbA_b) xuất hiện theo từng cặp đối xứng qua một bụng hoặc qua một nút. Đi dọc dây, khoảng cách giữa hai điểm cùng biên độ liên tiếp luân phiên hai giá trị: 2x2x (hai điểm đối xứng qua một bụng, mỗi điểm cách bụng xx) rồi λ2−2x\dfrac\lambda2-2x (hai điểm đối xứng qua một nút kề đó).

  1. Nếu ba điểm MM, NN, PP liên tiếp cùng biên độ lại cách đều (MN=NPMN=NP) thì hai khoảng luân phiên bằng nhau: 2x=λ2−2x⇒x=λ82x=\dfrac\lambda2-2x\Rightarrow x=\dfrac\lambda8, và MN=NP=λ4MN=NP=\dfrac\lambda4.
  2. Khi đó mỗi điểm cách nút (hoặc bụng) gần nhất λ8\dfrac\lambda8, nên AM=Absin⁡π4=Ab2A_M=A_b\sin\dfrac\pi4=\dfrac{A_b}{\sqrt2}, tức Ab=AM2A_b=A_M\sqrt2.
  3. Từ λ\lambda và ff tính v=λfv=\lambda f và vmax⁡=2πfAbv_{\max}=2\pi fA_b.

Ví dụ. Ba điểm MM, NN, PP liên tiếp cùng biên độ 2,02{,}0 cm, MN=NP=6,0MN=NP=6{,}0 cm. Khi đó λ4=6,0\dfrac\lambda4=6{,}0 nên λ=24\lambda=24 cm, Ab=2,0sin⁡π4=22≈2,83A_b=\dfrac{2{,}0}{\sin\dfrac\pi4}=2\sqrt2\approx2{,}83 cm. Nếu f=20f=20 Hz thì v=λf=4,8v=\lambda f=4{,}8 m/s; tốc độ dao động cực đại của bụng vmax⁡=2π⋅20⋅0,0283≈3,55v_{\max}=2\pi\cdot20\cdot0{,}0283\approx3{,}55 m/s.

Lỗi hay gặp: cho MN=λ2MN=\dfrac\lambda2; quên điều kiện cách đều; tính biên độ bụng bằng biên độ của MM.

Tiếp theoPhương pháp →