Giao thoa sóng cơ: điều kiện cực đại, cực tiểu và kiểm chứng mô hình

Nguyên lí chồng chất

Khi hai sóng gặp nhau, li độ tổng tại một điểm bằng tổng đại số các li độ thành phần. Với hai nguồn kết hợp cùng tần số và hiệu pha ổn định, độ lệch pha tại điểm quan sát phụ thuộc hiệu pha nguồn và độ lệch đường đi Δd=d₂−d₁.

Trường hợp hai nguồn cùng pha

Cực đại khi Δd=kλ; cực tiểu khi Δd=(k+1/2)λ, với k nguyên. Nếu nguồn lệch pha, phải cộng hiệu pha ban đầu trước khi áp dụng điều kiện.

Ví dụ

Với λ=2 cm, điểm có d₂−d₁=5 cm cho Δd/λ=2,5 nên là cực tiểu trong mô hình nguồn cùng pha. Nếu sai số đo khoảng 0,2 cm, kết luận nên kèm độ không đảm bảo thay vì coi vị trí chính xác tuyệt đối.

Quy trình giải

1. Đổi mọi độ dài về cùng đơn vị.
2. Xác định nguồn có cùng pha hay không.
3. Tính Δd có dấu hoặc trị tuyệt đối nhất quán.
4. So với bội nguyên/nửa nguyên của λ.
5. Kiểm tra điểm có nằm trong vùng hai sóng tới được.

⚠️ Giới hạn thực nghiệm

Suy hao, phản xạ biên, nguồn không đồng nhất và độ phân giải cảm biến làm cực tiểu không bằng zero. Mô hình vẫn hữu ích nếu giả định được nêu rõ.

✍️ Luyện tập

Vẽ ba đường cực đại đầu tiên cho hai nguồn cùng pha, rồi dự đoán thay đổi khi tần số tăng nhưng tốc độ truyền không đổi.