Sóng Âm: Hiểu rõ hơn về sóng âm và các bài tập minh họa

Giới thiệu

Bạn đã từng nghe về sóng âm chưa? Sóng âm là một loại sóng cơ màu lan truyền trong các môi trường rắn, lỏng và khí. Khi sóng âm truyền đến tai người, nó tạo ra sự rung động màng nhĩ trong tai, cho chúng ta cảm giác nghe được âm thanh. Nói một cách đơn giản, sóng âm là âm thanh mà chúng ta có thể nghe được.

Trong môi trường lỏng và khí, sóng âm tồn tại dưới dạng sóng dọc, trong khi trong môi trường rắn, nó có thể là sóng dọc hoặc sóng ngang.

Bạn đang xem: Sóng Âm: Hiểu rõ hơn về sóng âm và các bài tập minh họa

Phân loại sóng âm

1. Sóng âm nghe được

Sóng âm nghe được gây ra cảm giác thính giác ở tần số từ 16Hz đến 20000Hz. Đó là những âm thanh mà tai người có thể nghe được.

2. Sóng siêu âm

Sóng siêu âm có tần số lớn hơn 20000Hz và không gây ra cảm giác thính giác ở người. Đây là loại sóng âm mà chúng ta không thể nghe được.

Sóng siêu âm có ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực như y học, công nghệ, và nghiên cứu khoa học.

3. Sóng hạ âm

Sóng hạ âm là loại sóng âm có tần số nhỏ hơn 16Hz và không gây ra cảm giác thính giác ở người. Đây là loại sóng âm mà chúng ta cũng không thể nghe được.

4. Nhạc âm và tạp âm

Nhạc âm là âm thanh của các nốt nhạc cơ bản như Đồ, Rê, Mi. Đây là các âm thanh có thanh điệu nhất định.

Trong khi đó, tạp âm là các âm thanh có tần số không xác định như tiếng ồn, tiếng chuông, tiếng kèn.

Công thức tính sóng âm

Dưới đây là các công thức cơ bản cần ghi nhớ để tính sóng âm:

• Công thức về cường độ âm:
  • $I = frac{P}{4pi R^2}$
• Công thức về mức cường độ âm:
  • $L = lgfrac{I}{I_{0}} (B)$
• Công thức mở rộng:
  • $L{A} – L{B} = 20lgfrac{R{B}}{R{A}}$

Đối với các câu hỏi thực hành về sóng âm, hãy áp dụng các công thức này để giải quyết và tìm ra đáp án.

Đặc trưng vật lý của sóng âm

1. Tần số âm

Tần số âm là đặc trưng quan trọng của âm thanh. Tần số càng lớn, âm thanh càng cao. Tần số càng nhỏ, âm thanh càng thấp.

2. Cường độ âm

Cường độ âm là năng lượng của sóng âm truyền qua một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian nhất định. Cường độ âm được ký hiệu là I và có đơn vị là W/m2.

Xem thêm : Cây Bạc Hà: Một Thảo Dược Hiệu Quả Cho Ngôi Nhà Của Bạn!

Công thức tính cường độ âm thanh là: $L(B) = lgfrac{I}{I_{0}}$

Đơn vị đo cường độ âm là B (ben), 1B = 10dB, hoặc $L(dB) = 10lgfrac{I}{I_{0}}$

3. Mức cường độ âm

Mức cường độ âm là chỉ số đo lường của cường độ âm. Công thức tính mức cường độ âm là: $L(B) = lgfrac{I}{I_{0}}$

Đơn vị đo của mức cường độ âm là B (ben), và 1B = 10dB.

4. Âm cơ bản và họa âm

• Âm cơ bản là âm thanh có tần số f0.
• Họa âm là các âm thanh có tần số gấp đôi, gấp ba, gấp bốn,… của âm cơ bản.

Âm cơ bản và họa âm có vai trò quan trọng trong việc tạo nên âm sắc của âm thanh. Amplitude của các họa âm có thể khác nhau, do đó có thể phân biệt được âm sắc của các âm thanh từng nhạc cụ khác nhau.

Sự truyền âm

• Sóng âm chỉ có thể truyền qua các môi trường rắn, lỏng và khí. Trong không gian hình thành bởi chân không, sóng âm không thể truyền được.
• Vận tốc truyền âm của sóng âm trong các môi trường khác nhau khác nhau.

Dưới đây là một số vận tốc truyền âm trong các môi trường khác nhau:

• Không khí tại 0 độ: 331 m/s
• Không khí tại 25 độ: 346 m/s
• Hidro tại 0 độ: 1280 m/s
• Nước tại 15 độ: 1500 m/s
• Sắt: 5800 m/s
• Nhôm: 6260 m/s

Đặc trưng sinh lý của sóng âm

Sóng âm có một số đặc trưng sinh lý quan trọng:

• Độ cao của âm: Tần số càng lớn thì âm thanh càng cao. Tần số càng nhỏ, âm thanh càng thấp.

• Độ to của âm: Độ to của âm phụ thuộc vào cường độ âm, mức cường độ âm và tần số của âm. Cường độ âm càng lớn thì âm to càng lớn.

• Âm sắc: Âm sắc là đặc trưng sinh lý của âm thanh, cho phép chúng ta phân biệt âm thanh từ các nguồn khác nhau. Đồ thị dao động âm có liên quan mật thiết đến âm sắc.

Một số câu hỏi thường gặp về sóng âm

1. Sóng âm không truyền được trong môi trường nào?

Sóng âm chỉ có thể truyền trong một môi trường nhất định. Trong chân không, sóng âm không truyền được. Nhưng trong các môi trường rắn, lỏng và khí, sóng âm có thể truyền được.

2. Sóng âm là sóng dọc hay sóng ngang?

Tùy thuộc vào môi trường, sóng âm có thể là sóng dọc hoặc sóng ngang. Trong môi trường lỏng và khí, sóng âm là sóng dọc. Trong môi trường rắn, sóng âm có thể là sóng dọc hoặc sóng ngang.

3. Sóng siêu âm là gì? Sóng siêu âm có hại không?

Sóng siêu âm là các sóng âm có tần số cao hơn 20000Hz, vượt ra ngoài phạm vi nghe được của con người. Sóng siêu âm có nhiều ứng dụng trong y học và khoa học.

Tuy nhiên, sóng siêu âm cũng có thể gây hại cho con người. Nó có thể ảnh hưởng đến sức khỏe sinh sản, phát triển của thai nhi, và có thể gây biến đổi gen. Đồng thời, sóng siêu âm có tần số lớn hơn 20KHz cũng có thể ảnh hưởng đến thính giác con người.

Bài tập sóng âm

1. Bài tập minh họa

1. Tần số âm cơ bản của một sáo là 420Hz. Nếu người có thể nghe tần số âm cao nhất của sáo là 20000Hz, thì người đó có thể nghe tần số âm cao nhất của sáo là bao nhiêu?

Giải:
Ta có công thức: $f_n = nf_0 = 420n (n epsilon N)$

Xem thêm : Chó con mở mắt sau bao lâu? Cùng tìm hiểu từ chuyên gia

Với $f_n leq 20000 Rightarrow nf0 leq 20000 Rightarrow n leq 47,6 Rightarrow n{max} = 47$

Suy ra tần số âm cao nhất người đó có thể nghe được là: 47 x 420 = 19740Hz

2. Một nguồn âm phát âm đẳng hướng trong không gian. Khi nguồn âm cách điểm A 10m, mức cường độ âm thanh là 60dB. Khi nguồn âm cách điểm B 20m, mức cường độ âm thanh là bao nhiêu?

Giải:
Ta có:
$frac{I_1}{I_2} = (frac{R_2}{R_1})^2 = frac{1}{100} Rightarrow I_2 = 100I_1$
$L_1 = 10lgfrac{I_1}{I_0}(dB)$
$L_2 = 10lgfrac{I_2}{I_0}(dB) = 10lgfrac{100I_1}{I_0}(dB) = 10(2 + lgfrac{I_1}{I_0}) = 20 + L_1 = 100dB$

2. Bài tập vận dụng

1. Phát sóng âm từ mọi phương như nhau từ nguồn âm O. Điểm A cách nguồn âm gần hơn điểm B 4 lần. Mức cường độ âm tại điểm B nếu mức cường độ âm tại điểm A là 60dB là bao nhiêu?

A. 48 dB
B. 15dB
C. 20dB
D. 16dB

Đáp án: A

2. Cường độ âm là I khi một người đứng cách nguồn âm d khoảng là d. Cường độ âm giảm còn I/4 khi người đó tiến xa nguồn âm 20m nữa. Giá trị của d là:

A. 40 m
B. 160 m
C. 10 m
D. 20 m

Đáp án: D

3. Nếu mức cường độ âm tăng thêm 2 Ben, cường độ âm tăng gấp bao nhiêu lần?

A. 10 lần
B. 100 lần
C. 50 lần
D. 1000 lần

Đáp án: D

4. Hai nhạc cụ khác nhau luôn khác nhau ở mặt nào sau đây?

A. Độ cao
B. Độ to
C. Âm sắc
D. Mức cường độ âm

Đáp án: A

5. Tai ta có thể cảm thụ sóng cơ học có tần số bao nhiêu nếu sóng cơ lan truyền trong không khí với vận tốc đủ lớn?

A. Sóng cơ học 10 Hz
B. Sóng cơ học 20 Hz
C. Sóng cơ học 30 kHz
D. Sóng cơ học với chu kỳ 2 ms

Đáp án: D

6. Cường độ âm chuẩn kém 10 lần cường độ âm. Mức cường độ âm có giá trị là:

A. 2 dB
B. 20 dB
C. 2 B
D. 100 dB

Đáp án: B

7. Cách nguồn âm đẳng hướng tại điểm A là 10 m với cường độ âm là 24 dB. Mức cường độ âm bằng không cách nguồn là khoảng cách là:

A. 3162 m
B. 2812 m
C. 158,49 m
D. 2681 m

Đáp án: C

8. Trong không khí, vận tốc truyền âm là 340 m/s. Hai điểm gần nhau nhất trên cùng một phương truyền sóng âm dao động có độ dài ngược pha là 0,85 m. Vậy âm có tần số là bao nhiêu?

A. f = 85 Hz
B. f = 170 Hz
C. f = 200 Hz
D. f = 255 Hz

Đáp án: C

9. Ở một đầu ống trụ 1 m có một pittông dùng để điều chỉnh chiều dài cột khí ống. Với tần số 660 Hz ở gần đầu hở của ống, đặt một âm thoa dao động. Vận tốc của âm thanh trong không khí bằng 330 m/s. Để cộng hưởng âm trong ống thì phải điều chỉnh độ dài ống là bao nhiêu?

A. l = 0,75m
B. l = 0,50m
C. l = 25,0cm
D. l = 12,5cm

Đáp án: D

10. Tần số f = 1000 Hz lan truyền trong không khí là loại sóng nào?

A. Sóng siêu âm
B. Sóng âm
C. Sóng hạ âm
D. Không thể kết luận

Đáp án: D

Kết luận

Dựa vào những kiến thức về sóng âm, chúng ta đã hiểu rõ hơn về khái niệm sóng âm, cách phân loại sóng âm và cách tính toán sóng âm. Bài tập minh họa và bài tập vận dụng cũng giúp chúng ta củng cố và nâng cao năng lực giải quyết vấn đề về sóng âm.

Hy vọng rằng, bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về sóng âm và có thể áp dụng kiến thức này vào thực tế.

Nguồn: https://readyq.vn
Danh mục: Sức khỏe