I. Hiện tượng giao thoa của hai sóng mặt nước.
1. Thí nghiệm
Trên mặt nước có hai nguồn phát sóng giống hệt nhau S$_1$, S$_2$ lan tỏa ra gặp nhau, sau một thời gian ta thấy trên mặt nước xuất hiện một loạt gợn sóng ổn định có hình các đường hypebol và có tiêu điểm là S$_1$, S$_2$.
2. Giải thích
1. Dao động của một điểm trong vùng giao thoa
2. Vị trí cực đại và cực tiểu giao thoa
1. Thí nghiệm
Trên mặt nước có hai nguồn phát sóng giống hệt nhau S$_1$, S$_2$ lan tỏa ra gặp nhau, sau một thời gian ta thấy trên mặt nước xuất hiện một loạt gợn sóng ổn định có hình các đường hypebol và có tiêu điểm là S$_1$, S$_2$.
2. Giải thích
- Ở trong miền hai sóng gặp nhau, có những điểm dao động rất mạnh, do hai sóng gặp nhau chúng tăng cường lẫn nhau, có những điểm đứng yên, do hai sóng gặp nhau chúng triệt tiêu nhau. Tập hợp các điểm cực đại tại thành các đường hypebol, tập hợp các điểm đứng yên cũng tạo thành các đường hypebol khác.
- Hiện tượng hai sóng gặp nhau tạo nên các gợn sóng ổn định gọi là hiện tượng giao thoa của hai sóng. Các gợn sóng có hình các đường hypebol gọi là các vân giao thoa
1. Dao động của một điểm trong vùng giao thoa
- Giả sử phương trình dao động tại hai nguồn là: u$_{S1}$ = u$_{S2}$ = Acosωt
- Các phương trình dao động tại M do sóng từ S$_1$ và S$_2$ truyền tới là:
${u_{1M}} = A\cos \left( {\omega t - 2\pi \frac{{{d_1}}}{\lambda }} \right);\,{u_{2M}} = A\cos \left( {\omega t - 2\pi \frac{{{d_2}}}{\lambda }} \right)$
- Dao động tổng hợp tại M là: ${u_M} = {u_{1M}} + {u_{2M}} = 2A\cos \left( {\frac{{\pi \left( {{d_2} - {d_1}} \right)}}{\lambda }} \right)\cos \left( {\omega t - \frac{{\pi \left( {{d_2} + {d_1}} \right)}}{\lambda }} \right)$
- Biên độ dao động tổng hợp tại M là: ${A_M} = \left| {2A\cos \left( {\frac{{\pi \left( {{d_2} - {d_1}} \right)}}{\lambda }} \right)} \right|$
- Ta thấy biên độ AM phụ thuộc vào hiệu đường đi (d2 – d1) từ nguồn tới M.
- Tại M sẽ có cực đại khi: $\left| {\cos \left( {\frac{{\pi \left( {{d_2} - {d_1}} \right)}}{\lambda }} \right)} \right| = 1 \to {d_2} - {d_1} = k\lambda $, trong đó k ∈ Z.
- Những điểm tại đó dao động có biên độ cực đại là những điểm mà hiệu đường đi của hai sóng từ nguồn truyền tới bằng một số nguyên lần bước sóng λ.
- Khoảng cách giữa hai vân cực đại liền kề nhau trên đường nối S$_1$S$_2$ là i = λ/2 gọi là khoảng vân.
- Tại M sẽ có cực tiểu (đứng yên) khi $\left| {\cos \left( {\frac{{\pi \left( {{d_2} - {d_1}} \right)}}{\lambda }} \right)} \right| = 01 \to {d_2} - {d_1} = \left( {2k + 1} \right)\frac{\lambda }{2}$, với k ∈ Z.
- Những điểm tại đó dao động triệt tiêu là những điểm mà hiệu đường đi của hai sóng từ nguồn truyền tới bằng một số lẻ nữa bước sóng.
- Để có giao thoa ổn định thì khoảng cách giữa hai nguồn phải bằng một số lẻ nữa bước sóng.
S$_1$S$_2$ = 0,5(2k + 1)λ
III. Điều kiện giao thoa. Sóng kết hợp- Nguồn kết hợp, sóng kết hợp: Hai nguồn dao động cùng phương cùng tần số và có hiệu số pha không thay đổi theo thời gian gọi là hai nguồn kết hợp. Hai sóng do hai nguồn kết hợp phát ra gọi là hai sóng kết hợp.
- Hai nguồn dao động cùng phương cùng tần số và cùng pha gọi là hai nguồn đồng bộ.
- Để có các vân giao thoa ổn định trên mặt nước thì hai nguồn phát sóng trên mặt nước phải là hai nguồn kết hợp.
- Hiện tượng giao thoa là một hiện tượng đặc trưng của sóng: mọi quá trình sóng đều có thể gây ra hiện tượng giao thoa và ngược lại quá trình nào gây được hiện tượng giao thoa thì đó chắc chắn là một quá trình sóng.
