Sách công thức/Công thức Âm thanh

Âm thanh nghe được

Di chuyển dưới dạng sóng ngang ở vận tốc

$v=\lambda f=333m/s$ trong không khí

Bước sóng	$\lambda ={\frac {v}{f}}={\frac {333m/s}{20Hz-20Khz}}$
Vận tốc	$v=\lambda f=C=333m/s$
Tần số nghe được	$f=20Hz-20KHz$

Âm thanh và vật

Môi trường truyền âm

Ánh sáng di qua gương để lại bóng hình vật

Môi trường	Âm thanh	Tiếng	Thí dụ
Chân không	Không có âm thanh di truyền	Không tiếng	Chuông không kêu khi nằm trong hủ không có không khí
Rắn	âm thanh thấp	Tiếng trầm
Lỏng	âm thanh trung	Tiếng vừa
Khí	âm thanh cao	Tiếng thanh

Phản xạ

Âm thanh di chuyển đụng vật cản bị phản hồi trờ về môi trường phát âm

$\theta _{i}=\theta _{r}$

Ánh sáng và nước - Khúc xạ

${\frac {\sin \theta _{1}}{\sin \theta _{2}}}={\frac {v_{1}}{v_{2}}}={\frac {n_{2}}{n_{1}}}={\sqrt {\left({\frac {\epsilon _{2}\mu _{2}}{\epsilon _{1}\mu _{1}}}\right)}}$

Định luật Snell hay định luật khúc xạ ánh sáng

Khi ánh sáng đổi hướng khi đi qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt có chiết suất khác nhau được tính theo công thức đặc trưng của hiện tượng khúc xạ, còn gọi là Định luật Snell hay định luật khúc xạ ánh sáng có dạng:

${\sin(i) \over \sin(r)}={n_{2} \over n_{1}}$

Với:

• i là góc giữa tia sáng đi từ môi trường 1 tới mặt phẳng phân cách và pháp tuyến của mặt phẳng phân cách hai môi trường.
• r là góc giữa tia sáng đi từ mặt phân cách ra môi trường 2 và pháp tuyến của mặt phẳng phân cách hai môi trường.
• n₁ là chiết suất môi trường 1.
• n₂ là chiết suất môi trường 2.

${\frac {\sin \theta _{1}}{\sin \theta _{2}}}={\frac {v_{1}}{v_{2}}}={\frac {n_{2}}{n_{1}}}={\sqrt {\left({\frac {\epsilon _{2}\mu _{2}}{\epsilon _{1}\mu _{1}}}\right)}}$

Thí nghiệm Young Ánh sáng qua khe - Nhiểu xạ

Nhiễu xạ (tiếng Anh: Diffraction) là hiện tượng quan sát được khi sóng lan truyền qua khe nhỏ hoặc mép vật cản (rõ nhất với các vật cản có kích thước tương đương với bước sóng), trong đó sóng bị lệch hướng lan truyền, lan toả về mọi phía từ vị trí vật cản, và tự giao thoa với các sóng khác lan ra từ vật cản.

Hiện tượng nhiễu xạ đã được quan sát với mọi loại sóng, như âm thanh, sóng nước, sóng điện từ (như ánh sáng hay sóng radio), hay các hạt thể hiện tính chất sóng thông qua lưỡng tính sóng hạt.

Đây là hình ảnh ghi nhận được trong thí nghiệm của Young. Hình ảnh giao thoa thu dược trên màn ảnh đặt song song và sau hai khe hẹp sát gần nhau. Ảnh giao thoa thu được là các vân sáng tối xen kẽ song song nhau.

Các vạch sáng tương ứng với cực đại giao thoa (hai sóng tăng cường) là nơi thỏa mãn điều kiện:

$\!d\sin \theta _{n}=n\lambda$

Còn các vạch tối là nơi mà 2 sóng dập tắt lẫn nhau và phải thỏa mãn điều kiện:

$\!d\sin \theta _{n}=\left(n+{\frac {1}{2}}\right)\lambda$

Nếu tính theo điều kiện xấp xỉ góc nhỏ thì điều kiện của vân sáng sẽ là:

${\frac {n\lambda }{d}}={\frac {x}{L}}\quad \Leftrightarrow \quad {n}{\lambda }={\frac {xd}{L}}\;,$

Ở đây:

λ là bước sóng ánh sáng,

d khoảng cách giữa hai khe,

n bậc giao thoa (n = 0 khi ở vân sáng trung tâm),

x khoảng cách từ vị trí vân sáng đến vân trung tâm,

L khoảng cách từ mặt phẳng hai khe đến màn quan sát,

θ_n tọa độ góc của điểm khảo sát.

Thí nghiệm Young Ánh sáng qua khe - Nhiểu xạ

Sóng âm thanh giao thoa tạo ra các nhiểu âm

Giao thoa sóng	Nhiểu âm
Giao thoa cộng sóng	, , Tiếng to , ,
Giao thoa trừ sóng	, , Không tiếng , ,

Hiệu ứng âm thanh

Hiệu ứng Doppler là một hiệu ứng vật lý, đặt tên theo Christian Andreas Doppler, trong đó tần số và bước sóng của các sóng âm, sóng điện từ hay các sóng nói chung bị thay đổi khi mà nguồn phát sóng chuyển động tương đối với người quan sát.

Đối với sóng chuyển động trong một môi trường (như sóng âm), nguồn sóng và người quan sát đều có thể chuyển động tương đối so với môi trường. Hiệu ứng Doppler lúc đó là sự tổng hợp của hai hiệu ứng riêng rẽ gây ra bởi hai chuyển động này.

$f=\left({\frac {v+v_{r}}{v+v_{s}}}\right)f_{0}\,$

trong đó,

$v\;$ là vận tốc lan truyền của sóng trong môi trường,

$v_{r}\,$ là vận tốc tương đối của người quan sát đối với môi trường, nhận giá trị dương nếu người quan sát tiến lại gần nguồn âm,

$v_{s}\,$ là vận tốc tương đối của nguồn đối với môi trường, nhận giá trị dương nếu nguồn dịch chuyển ra xa đối với người quan sát.

Tần số tăng lên khi nguồn tiến về phía người quan sát, và giảm đi khi nguồn đi ra xa người quan sát(với điều kiện chuyển động giữa nguồn và người không phải là chuyển động đều).

Cụ thể, nếu nguồn di động trong môi trường phát ra sóng với tần số tại nguồn là f₀, một người quan sát đứng yên trong môi trường sẽ nhận được tần số f:

$f=f_{0}\left({\frac {1}{1+v/c}}\right)$

với c tốc độ lan truyền của sóng trong môi trường, v là thành phần vận tốc chuyển động của nguồn so với môi trường theo phương chỉ đến người quan sát (âm nếu đi về phía người quan sát, dương nếu ngược lại).

Tương tự, khi nguồn đứng im còn người quan sát chuyển động:

$f=f_{0}\left(1+{\frac {v}{c}}\right)$

Đối với sóng điện từ (ví dụ ánh sáng), lan truyền mà không cần môi trường, hiệu ứng Doppler được tính toán dựa vào thuyết tương đối.

Trong hiệu ứng Doppler thật ra tần số của nguồn sóng không bị thay đổi. Để hiểu rõ nguyên nhân tạo ra hiệu ứng Doppler, sự thay đổi tần số, ta lấy ví dụ của hai người ném bóng. Người A ném bóng đến người B tại một khoảng cách nhất định. Giả sử vận tốc trái bóng không đổi và cứ mỗi phút người B nhận được x số bóng. Nếu người A từ từ tiến lại gần người B, người B sẽ nhận được nhiều bóng hơn mỗi phút vì khoảng cách của họ đã bị rút ngắn. Vậy chính số bước sóng bị thay đổi nên gây ra sự thay đổi tần số.