1. Sóng là gì?

Sóng cơ được phân loại đa dạng và có nhiều đặc trưng. Sóng cơ ngày nay được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực đời sống: Y học, kỹ thuật, xây dựng công trình, công nghệ sản xuất, nghiên cứu khoa học,...

Chúng ta biết rằng sóng có liên quan đến việc truyền năng lượng. Có rất nhiều loại sóng được nghiên cứu trong Vật lý. Một số sóng cần môi trường vật chất để truyền và một số không cần. Để tìm hiểu sóng cơ học là gì, trước hết bạn cần hiểu về sóng.

Sóng truyền thông tin hoặc năng lượng từ điểm này sang điểm khác dưới dạng tín hiệu, nhưng không có vật thể vật chất nào thực hiện hành trình này. Sóng là sự xáo trộn của một trường trong đó một thuộc tính vật lý dao động liên tục tại mỗi điểm hoặc truyền từ một điểm đến các điểm lân cận khác, hoặc dường như di chuyển trong không gian.

Con người hiện đang sử dụng sóng cho hầu hết tất cả hoạt động liên lạc không dây của mình.

Ví dụ, nếu một người cần gọi điện cho bạn bè ở thành phố khác bằng điện thoại di động, toàn bộ quá trình liên lạc diễn ra qua âm thanh, nhưng toàn bộ quá trình truyền tín hiệu từ người nói đến người nhận diễn ra dưới dạng sóng.

Điện thoại chuyển đổi giọng nói thành tín hiệu điện, sau đó truyền qua dây đồng hoặc qua ăng-ten trong giao tiếp không dây.

Sóng là dòng chảy hoặc sự truyền năng lượng dưới dạng dao động trong môi trường: không gian hoặc khối lượng. Sóng biển hoặc thủy triều, âm thanh con người nghe thấy, quang tử (photon) ánh sáng truyền đi và thậm chí cả chuyển động của những sự vật bị gió thổi đều là ví dụ về các loại sóng khác nhau.

Những loại sóng khác nhau có các đặc tính khác nhau. Dựa vào hướng chuyển động của hạt và hướng của năng lượng, sóng được phân chia thành 3 loại: Sóng cơ học; Sóng điện từ; Sóng vật chất.

Sóng cơ (Mechanical Wave)

Sóng cơ là sự dao động của vật chất và chịu trách nhiệm truyền năng lượng qua môi trường. Khoảng cách truyền sóng bị giới hạn bởi môi trường truyền sóng. Trong trường hợp này, vật dao động chuyển động quanh một điểm cố định và có rất ít chuyển động tịnh tiến.

Một đặc tính hấp dẫn của sóng cơ là cách chúng được đo, được tính bằng độ dịch chuyển chia cho bước sóng. Khi hệ số không thứ nguyên này bằng 1, nó sẽ tạo ra hiệu ứng hài hòa.

Có ba loại sóng cơ học:

• Sóng dọc: Chuyển động của các hạt song song với chuyển động của năng lượng, tức là sự dịch chuyển của môi trường cùng hướng với sóng đang chuyển động. Ví dụ: Sóng âm, Sóng áp suất.

• Sóng ngang: Khi chuyển động của các hạt vuông góc với chuyển động của năng lượng thì loại sóng này được gọi là sóng ngang. Ánh sáng là một ví dụ về sóng ngang.

• Sóng bề mặt: Các hạt di chuyển theo chuyển động tròn. Những sóng này thường xảy ra ở bề mặt. Sóng trong đại dương và gợn sóng trong cốc nước là những ví dụ về sóng bề mặt.

Ngoài ra, sóng nước là một ví dụ về sự kết hợp của cả chuyển động dọc và chuyển động ngang.

Sóng điện từ (Electromagnetic Wave)

Sóng điện từ được tạo ra bởi sự kết hợp giữa điện trường và từ trường. Ánh sáng có thể nhìn thấy, truyền thông liên lạc, lò vi sóng,... đều là những ví dụ quen thuộc về sóng điện từ.

Một đặc tính thú vị ở đây là không giống như sóng cơ, sóng điện từ không cần môi trường để truyền đi. Tất cả sóng điện từ đều truyền được trong chân không với cùng tốc độ, 299,792,458 ms-1.

Sóng điện từ bao gồm: Sóng viba (Vi sóng), sóng vô tuyến (sóng radio), tia X, sóng UV, tia Gamma, tia hồng ngoại, ánh sáng khả kiến.

Sóng cơ là sóng cần có môi trường vật lý để truyền qua. Sóng cơ học không truyền được trong môi trường chân không. Chúng truyền năng lượng bằng cách làm cho các hạt của môi trường dao động hoặc dao động theo chuyển động tới lui. Các phần tử của môi trường dao động xung quanh vị trí cân bằng khi sóng truyền qua chúng.

Tương tự như mọi loại sóng, sóng cơ truyền tải năng lượng. Năng lượng này truyền cùng hướng với sóng. Khi năng lượng ban đầu được thêm vào, sóng truyền qua môi trường cho đến khi toàn bộ năng lượng được truyền đi. Sóng cơ có thể truyền đi một khoảng cách xa, nhưng chúng bị hạn chế chuyển động do môi trường truyền dẫn. Vật không dịch chuyển quá xa vị trí cân bằng ban đầu.

Sóng âm thanh

Sóng âm thanh được tạo ra bởi các rung động truyền qua môi trường, chẳng hạn như không khí, nước hoặc chất rắn.

Khi một vật dao động, nó làm cho các hạt xung quanh trong môi trường bị nén và giãn nở, tạo ra một chuỗi sóng áp suất. Những sóng này sau đó truyền qua môi trường và được tai chúng ta phát hiện dưới dạng âm thanh.

Sóng âm thanh truyền đến tai con người có thể nghe được - Ảnh: Internet

Sóng nước

Sóng trong nước, chẳng hạn như sóng biển chính là một dạng sóng cơ học. Chúng xảy ra do sự xáo trộn hoặc truyền năng lượng trong nước. Gió thổi qua mặt nước tạo ra những gợn sóng phát triển thành sóng lớn hơn.

Những sóng này liên quan đến việc truyền năng lượng thông qua chuyển động lên xuống hoặc chuyển động tròn của các hạt nước.

Sóng địa chấn

Sóng địa chấn được tạo ra bởi những trận động đất hoặc các hoạt động địa chấn khác. Chúng di chuyển qua lớp vỏ Trái đất, gây ra rung động trên mặt đất.

Có hai loại sóng địa chấn chính: Sóng sơ cấp (sóng P) và sóng thứ cấp (sóng S). Sóng P là sóng nén di chuyển theo chuyển động đẩy-kéo, trong khi sóng S là sóng ngang khiến các hạt chuyển động vuông góc với hướng sóng.

Sóng trên dây

Khi tạo sóng trên dây bằng cách di chuyển một đầu lên xuống, đó là sóng cơ học. Những sóng này truyền dọc theo dây do lực căng của dây. Chuyển động của các hạt trong dây vuông góc với phương truyền sóng, khiến nó trở thành một ví dụ về sóng ngang.

Sóng siêu âm

Sóng siêu âm là sóng cơ học có tần số cao hơn giới hạn trên mà con người có thể nghe được. Chúng được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, chẳng hạn như quy trình làm sạch và hình ảnh y tế.

Sóng siêu âm được tạo ra bởi sự rung động nhanh của đầu dò, tạo ra sự nén và biến dạng xen kẽ trong môi trường mà chúng truyền qua.

Sóng cơ học hiện đang được ứng dụng ở nhiều lĩnh vực khác nhau trong đời sống, chẳng hạn như:

Y tế, chăm sóc sức khỏe

Như đã nhắc đến phía trên, sóng cơ học được sử dụng trong siêu âm, hỗ trợ bác sĩ chẩn đoán và theo dõi tình trạng của bệnh nhân. Sóng cơ siêu âm có khả năng thâm nhập vào các mô và cung cấp thông tin hình ảnh về cấu trúc và chức năng của chúng. Nó được sử dụng để chẩn đoán các bệnh và rối loạn trong cơ thể con người.

Sóng cơ ứng dụng trong chăm sóc sức khỏe hỗ trợ siêu âm - Ảnh: Internet

Kỹ thuật

Sóng cơ được sử dụng trong cảm biến và giao tiếp không dây. Ví dụ, sóng cơ được sử dụng trong chip cảm biến rung để đo và giám sát các thông số như gia tốc, tốc độ và áp lực. Sóng cơ cũng được sử dụng nhằm truyền tải âm thanh và thông tin trong các hệ thống giao tiếp không dây.

Xây dựng

Trong lĩnh vực xây dựng và công trình, sóng cơ được sử dụng để đánh giá chất lượng và độ bền của vật liệu xây dựng như bê tông và thép. Sóng cơ cũng hỗ trợ xác định khối lượng đất và điều chỉnh độ rung của công trình.

Sản xuất

Sóng cơ ứng dụng để điều khiển quá trình và đo lường trong công nghệ sản xuất. Ví dụ, sóng cơ được sử dụng trong việc đo đạc độ căng thẳng của các bộ phận trong quá trình gia công và lắp ráp. Sóng cơ cũng được sử dụng trong việc kiểm tra chất lượng và sự kiểm soát của sản phẩm.

Nghiên cứu khoa học

Đây là lĩnh vực sóng cơ học được ứng dụng phổ biến. Sóng cơ được sử dụng trong nghiên cứu về động lực học, cơ học chất rắn và cơ học lỏng. Nó cũng được sử dụng để việc nghiên cứu về định tuyến sóng cơ và tương tác sóng cơ.

Sóng cơ có thể được ứng dụng theo nhiều cách khác nhau phụ thuộc vào đặc điểm và tính chất của chúng. Hy vọng thông qua bài viết này, bạn đọc sẽ hiểu hơn khái niệm sóng cơ học là gì và những ứng dụng trong thực tế của chúng.