Lý 12 Bài 10: Đặc trưng vật lí của âm

a)  Âm là gì?

Sóng âm (âm) là những sóng cơ lan truyền trong các môi trường rắn, lỏng, khí.

b) Nguồn âm là gì? 

• Nguồn âm là những vật dao động phát ra âm.

• Tần số âm phát ra bằng tần số dao động của nguồn.

c) Âm nghe được, hạ âm, siêu âm

- Âm nghe được (âm thanh): Là những sóng âm gây ra cảm giác âm với màng nhĩ, có tần số từ 16 Hz đến 20000 Hz.

- Âm có tần số dưới 16 Hz gọi là hạ âm, tai người không nghe được nhưng voi, chim bồ câu,.. vẫn có thể nghe được hạ âm.

- Âm có tần số trên 20000 Hz gọi là siêu âm, tai người không nghe được nhưng chó, dơi, cá heo,.. vẫn có thể nghe được siêu âm.

• Ví dụ:

d) Sự truyền âm

- Môi trường truyền âm: 

• Âm truyền được trong các môi trường rắn, lỏng, khí; không truyền được trong chân không.

• Âm hầu như không truyền qua được các chất xốp như bông, len… gọi là chất cách âm.

- Tốc độ truyền âm: 

• Trong mỗi môi trường, âm truyền với một tốc độ xác định, hữu hạn. 

a) Tần số âm

Tần số âm là một trong những đặc trưng vật lí quan trọng nhất của âm. 

b) Cường độ âm và mức cường độ âm

- Cường độ âm: Cường độ âm là năng lượng của sóng âm truyền qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền sóng trong một đơn vị thời gian.

• Kí hiệu: I

• Đơn vị: W/m² (oát trên mét vuông). 

 - Mức cường độ âm: 

• Công thức: L(B) = logIo

• Đơn vị: B (ben)

• Nếu dùng đơn vị dB (đêxiben): 1B=10dB hay  L(dB) = 10lg(Io)

- Một số mức cường độ âm đáng chú ý:

• 0  dB: Ngưỡng nghe

• 30 dB: Tiếng thì thầm          

• 40 dB: Tiếng nói chuyện bình thường

• 60 dB: Tiếng ồn áo trong cửa hàng lớn

• 90 dB: Tiếng ồn ngoài phố 

• 120 dB: Tiếng sét lớn, máy bay lúc cất cánh

• 130 dB: Ngưỡng đau

c) Âm cơ bản và họa âm

• Nếu dây rung với một bó sóng thì dây phát ra âm có tần số thấp nhất (tần số fmin đã biết trong bài Sóng dừng). Ta hãy gọi tần số này là tần số fo và gọi là âm cơ bản (còn gọi là họa âm thứ 1).

• Khảo sát thực nghiệm cho thấy dây này còn phát ra các âm có tần số 2f_o, 3f_o, 4f_o .... gọi là họa âm thứ 2, họa âm thứ 3, họa âm thứ 4, ... Các họa âm có biên độ khác nhau khiến đồ thị dao động âm của các nhạc cụ khi phát ra cùng một nốt nhạc cũng khác nhau. Sự khác nhau này phân biệt được bởi âm sắc của chúng.

• Đặc trưng Vật lý thứ ba của âm là đồ thị dao động của âm đó.

2.1. Dạng 1: Xác định mức độ cường độ âm tại một điểm

Cường độ âm tại một điểm trong môi trừơng truyền âm là \(10^{-5}W/m^2\). biết cường độ âm chuẩn là \(I_0=10^{-12} W/m^2\) . Mức cường độ âm tại điểm đó là bao nhiêu?

Hướng dẫn giải : 

\(L(dB)=10log\frac{I}{I_0}=10log\frac{10^{-5}}{10^{-12}}=70(dB)\)

2.2. Dạng 2: Xác định cường độ âm

Gọi \(I_0\) là cường độ âm chuẩn , nếu cho mức cường độ âm là 1(dB) , tính cường độ âm ?

Hướng dẫn giải : 

\(\begin{array}{l} lg\frac{I}{{{I_0}}} = {10^{ - 1}} = 0,1\\ \to I = {10^{0,1}}{I_0} = 1,26{I_0} \end{array}\)

3. Luyện tập

Câu 1: Thực hiện giao thoa trên bề mặt chất lỏng với hai nguồn kết hợp A, B cách nhau 8\(\sqrt 2 \) cm dao động theo phương thẳng đứng với cùng phương trình u_A = u_B = 2cos30πt (mm, s). Tốc độ truyền sóng trên mặt chất lỏng là 0,6 m/s. Gọi (C) là đường tròn trên mặt chất lỏng có đường kính AB. Số điểm trên (C) dao động với biên độ cực đại và cùng pha với hai nguồn là bao nhiêu?

Câu 2: Ở mặt thoáng của một chất lỏng có hai nguồn sóng kết hợp A và B cách nhau 20 cm, dao động theo phương thẳng đứng với phương trình u_A = a1cos(40πt + π/3) và u_B = a₂cos(40πt – π/6) (u_A và u_B tính bằng cm, t tính bằng s). Dao động của phần tử vật chất tại M cách A và B lần lượt 12 cm và 16 cm có biên độ cực tiểu. Biết giữa M và đường trung trực còn có hai dãy cực đại khác. Tốc độ truyền sóng trên mặt chất lỏng là bao nhiêu?

Câu 3: Ở mặt nước, có hai nguồn kêt hợp A, B dao động theo phương thẳng đứng với phương trình u_A = u_B = 2cos20πt (mm). Tốc độ truyền sóng là 30 cm/s. Coi biên độ sóng không đổi khi sóng truyền đi. Phần tử M ở mặt nước cách hai nguồn lần lượt là 10,5 cm và 13,5 cm có biên độ dao động là bao nhiêu?

Câu 4: Độ to là một đặc trưng sinh lí của âm phụ thuộc vàovào những yếu tố nào?

Câu 1: Một sóng âm có chu kì 80 m/s. Sóng âm này:

A. là âm nghe được.

B. là siêu âm.

C. truyền được trong chân không.

D. là hạ âm.

Câu 2: Âm do hai nhạc cụ khác nhau phát ra luôn khác nhau về:

A. âm sắc.

B. độ to.

C. độ cao.

D. cả độ cao, độ to lẫn âm sắc.

Câu 3: Âm sắc là đặc trưng sinh lí của âm gắn liền với:

A. độ cao.

B. cả độ cao và độ to.

C. đồ thị dao động âm.

D. độ to.

Câu 4: Hai âm cùng độ cao là hai âm có cùng :

A. cường độ âm.

B. mức cường độ âm.

C. biên độ.

D. tần số.

Qua bài giảng Đặc trưng vật lý của âm này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như : 

• Khái niêm sóng âm, nguồn âm, phân loại sóng âm.

• Phân tích được bản chất sự truyền âm trong các môi trường.

• Các đặc trưng vật lý của âm: Tần số, chu kỳ, cường độ– mức cường độ và đồ thị dao động âm.