Sự truyền sóng và bước sóng

Quan sát hình cùng phần giải thích bên dưới.

Sóng cơ là sự lan truyền dao động trong môi trường, mang năng lượng. Trong mô hình sóng nhỏ, phần tử môi trường dao động quanh vị trí cân bằng; không chuyển dời theo sóng trên quãng đường truyền. $$v=\lambda f=\lambda/T.$$ λ là quãng đường sóng truyền trong một chu kì, cũng là khoảng cách giữa hai điểm gần nhất cùng pha trên cùng phương truyền của sóng tuần hoàn. Trên đồ thị li độ–vị trí tại một thời điểm, hai đỉnh liên tiếp cách λ. Trên đồ thị li độ–thời gian tại một điểm, hai đỉnh liên tiếp cách T. Không đọc T từ trục không gian. Biên độ là độ lệch cực đại của phần tử. Cường độ sóng là công suất truyền qua một đơn vị diện tích vuông góc hướng truyền; không đồng nhất cường độ với biên độ dù chúng có liên hệ trong một mô hình cụ thể.

Trên dây căng nằm ngang, ta rung đầu dây lên xuống: biến dạng chạy dọc dây, còn từng phần tử lên xuống. Hai phương vuông góc nhau nên đây là sóng ngang. Với lò xo dài đặt thẳng, nén rồi thả theo trục lò xo: vùng nén lan dọc trục, từng vòng lò xo cũng chuyển động qua lại dọc trục, nên đây là sóng dọc. Sóng âm trong không khí tạo các vùng nén và dãn truyền đi. Khi tới tai, biến thiên áp suất làm màng nhĩ dao động. Tần số lớn thường cho âm cao hơn; biên độ tín hiệu lớn hơn thường gắn với âm nghe to hơn khi các điều kiện khác tương tự. “Cao” và “to” mô tả hai đặc điểm khác nhau. Đường sin trên giấy không tự chứng minh sóng ngang. Cần biết trục đứng biểu diễn li độ theo phương nào và hướng truyền sóng thực tế.

Trong mô hình sóng truyền đều theo chiều dương Ox, điểm cách nguồn một đoạn x nhận trạng thái dao động muộn x/v. Nếu nguồn có u₀(t) = A cos(ωt + φ), điểm đó có: $$u(x,t)=A\cos\left(\omega t-\frac{2\pi x}{\lambda}+\varphi\right).$$ Dấu trừ xuất hiện vì thời điểm của nguồn là t − x/v. Với sóng truyền theo chiều âm Ox, dấu trước 2πx/λ đổi thành dấu cộng. Công thức áp dụng vùng sóng đã truyền tới và mô hình biên độ không đổi đang xét. Hai điểm trên cùng phương truyền cách d có độ lệch pha tương ứng 2πd/λ. Ví dụ d = λ/4 thì lệch π/2; cách λ thì cùng pha. Độ lệch pha được xét theo vòng 2π, không có nghĩa hai phần tử đứng cạnh nhau hay có cùng vị trí cân bằng. Hình bên dưới là ảnh sóng ở hai thời điểm, cách nhau T/4. Đỉnh dịch sang phải λ/4; nếu theo dõi một phần tử có tọa độ cân bằng x cố định, ta thấy nó dao động quanh vị trí cân bằng ấy.