Đối với những định nghĩa khác, xem Sóng ( khuynh hướng )
Sóng mặt trong nước cho thấy gợn sóng nước
Các loại sóng khác nhau với các đồ thị khác nhau
Trong vật lý, toán học và các lĩnh vực liên quan, 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.
Các sóng thường được nghiên cứu và điều tra trong vật lý là sóng cơ học và sóng điện từ. Sóng cơ học là một biến dạng cục bộ trong một số ít thiên nhiên và môi trường vật lý mà truyền từ hạt này sang hạt khác bằng cách tạo ra những ứng suất cục bộ gây ra biến dạng ở những hạt lân cận. Ví dụ, sóng âm thanh trong không khí là những biến thể của áp suất cục bộ Viral do va chạm giữa những phân tử khí. Các ví dụ khác về sóng cơ học là sóng địa chấn, sóng trọng tải, sóng xoáy và sóng xung kích. Một sóng điện từ gồm có sự phối hợp của những trường điện và từ đổi khác, Viral trong khoảng trống theo những phương trình của Maxwell. Sóng điện từ hoàn toàn có thể truyền qua thiên nhiên và môi trường điện môi tương thích hoặc qua chân không ; ví dụ như sóng vô tuyến, bức xạ hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, bức xạ cực tím, tia X và tia gamma .Các loại sóng khác gồm có sóng mê hoặc, là nhiễu loạn trong trường mê hoặc Viral theo thuyết tương đối rộng ; sóng khuếch tán nhiệt ; sóng plasma, phối hợp biến dạng cơ học và trường điện từ ; sóng khuếch tán phản ứng, như trong phản ứng Belousov-Zhabotinsky ; và nhiều loại khác .Sóng cơ học và điện từ có vẻ như thường truyền qua khoảng trống ; nhưng, trong khi chúng hoàn toàn có thể mang nguồn năng lượng, [ 1 ] động lượng và thông tin thông qua vật chất hoặc khoảng trống trống, chúng hoàn toàn có thể làm điều đó mà không chuyển bất kể khối lượng nào. Trong toán học và điện tử học sóng được điều tra và nghiên cứu như là tín hiệu. [ 2 ] Mặt khác, một số ít sóng có vẻ như không vận động và di chuyển chút nào, như sóng đứng ( vốn là nền tảng cho âm nhạc ) và sóng nhảy thủy lực. Một số loại sóng, giống như sóng Tỷ Lệ của cơ học lượng tử, hoàn toàn có thể trọn vẹn tĩnh .Một sóng phẳng có vẻ như truyền theo một hướng xác lập và có giá trị không đổi trên bất kể mặt phẳng nào vuông góc với hướng đó. Về mặt toán học, sóng đơn thuần nhất là sóng hình sin. Sóng phức tạp thường hoàn toàn có thể được miêu tả là tổng của nhiều sóng phẳng hình sin. Một sóng phẳng hoàn toàn có thể là sóng ngang, nếu hiệu ứng của nó tại mỗi điểm được diễn đạt bằng một vectơ vuông góc với hướng truyền hoặc truyền nguồn năng lượng ; hoặc sóng dọc, nếu những vectơ diễn đạt song song với hướng truyền nguồn năng lượng. Trong khi sóng cơ học hoàn toàn có thể là cả ngang và dọc, sóng điện từ là ngang trong chân không .
Một sóng vật lý hầu như luôn bị giới hạn trong một số vùng hữu hạn của không gian, được gọi là miền của nó. Ví dụ, sóng địa chấn do động đất tạo ra chỉ có ý nghĩa trong phần bên trong và bề mặt của hành tinh, vì vậy chúng có thể bị bỏ qua bên ngoài hành tinh. Tuy nhiên, sóng có miền vô hạn, trải rộng trên toàn bộ không gian, thường được nghiên cứu trong toán học và là công cụ rất có giá trị để hiểu sóng vật lý trong các miền hữu hạn.
Các ví dụ
Mô tả sóng vật lý
Phương trình sóng
Mọi sóng đều thoả mãn một phương trình vi phân riêng phần gọi là phương trình sóng. Các phương trình sóng hoàn toàn có thể có nhiều dạng, phụ thuộc vào vào môi trường tự nhiên truyền và kiểu Viral .
Dạng đơn giản nhất, dành cho sóng lan truyền theo phương x, theo thời gian t và dao động sóng thay đổi trên biến y:
- 1 v 2 ∂ 2 y ∂ t 2 = ∂ 2 y ∂ x 2. { displaystyle { frac { 1 } { v ^ { 2 } } } { frac { partial ^ { 2 } y } { partial t ^ { 2 } } } = { frac { partial ^ { 2 } y } { partial x ^ { 2 } } }. }
Ở đây, v là vận tốc lan truyền sóng. Hàm sóng tổng quát thoả mãn phương trình trên, giải bởi d’Alembert, là:
- y ( x, t ) = F ( x − v t ) + E ( x + v t ) { displaystyle y ( x, t ) = F ( x-vt ) + E ( x + vt ) }
Một ví dụ khác về phương trình sóng là phương trình Schrödinger diễn đạt hoạt động của sóng hạt trong vật lý lượng tử. Nghiệm của phương trình này là hàm sóng diễn đạt Phần Trăm tìm thấy hạt tại một điểm trong không-thời gian .
Trong một môi trường tự nhiên giống hệt và đẳng hướng, Joseph Fourier đã tìm thấy là mọi hàm sóng sẽ có dạng tổng quát sau :
- y ( x, t ) = F ( x − v t ) + E ( x + v t ) { displaystyle y ( x, t ) = F ( x-vt ) + E ( x + vt ) }
hoàn toàn có thể được miêu tả như thể sự chồng nhau của nhiều sóng điều hoà
- y ( x, t ) = A ( x, t ) cos ( ω t − k x + φ ), { displaystyle y ( x, t ) = A ( x, t ) cos ( omega t-kx + varphi ), , }
Ở đây A(x, t) là biên độ của sóng điều hòa, ω là tần số góc, k là số sóng và φ là pha ban đầu. Nếu biên độ của sóng không phụ thuộc thời gian:
- A ( x, t ) = A ( x ) { displaystyle A ( x, t ) = A ( x ) }
thì sóng gọi là sóng dừng .Tần số góc liên hệ với tần số qua :
- ω = 2 π f { displaystyle omega = 2 pi f }
Còn số sóng liên hệ với vận tốc lan truyền v của sóng qua:
- v = ω k = λ f, { displaystyle v = { frac { omega } { k } } = lambda f, }
Ở đây λ là bước sóng và f là tần số. Tần số f liên hệ với chu kỳ T qua:
- f = 1 T { displaystyle f = { frac { 1 } { T } } }
Mọi sóng điều hoà đều hoàn toàn có thể đặc trưng bởi biên độ, tần số, tốc độ và pha. Ngoài ra, sóng hoàn toàn có thể được diễn đạt theo phương xê dịch .
Thể loại sóng
Sóng ngang
Sóng ngang là sóng vật lý với những xê dịch vuông góc với phương Viral. Ví dụ : sóng Viral trên dây đàn khi gẩy đàn, sóng điện .
Sóng dọc
Sóng dọc là sóng vật lý với các dao động nằm trùng với phương lan truyền, hoặc liên quan đến các biến đổi của các đại lượng vô hướng. Ví dụ: sóng âm thanh, sóng ánh sáng,[cần dẫn nguồn]
Tính chất
Mọi sóng đều hoàn toàn có thể trình diễn bằng một sóng có một bước sóng λ vận động và di chuyển với một tốc độ v và có biên độ sóng biến hóa theo hàm số sin
-
Bước Sóng
Vận Tốc Di Chuyển
Vận Tốc Góc
Chu Kỳ Sóng
Hàm Số Sóng
Biên Độ Sóng2π
2 π t { displaystyle { frac { 2 pi } { t } } }
2 π f { displaystyle 2 pi f }
f = 1 t { displaystyle f = { frac { 1 } { t } } }
F ( t, θ ) = A S i n ( ω t + θ ) { displaystyle F ( t, theta ) = ASin ( omega t + theta ) }
F ( t, θ ) = 0 { displaystyle F ( t, theta ) = 0 }θ = n π { displaystyle theta = n pi }
F ( t, θ ) = A { displaystyle F ( t, theta ) = A }θ = ( 2 n + 1 ) π 2 { displaystyle theta = ( 2 n + 1 ) { frac { pi } { 2 } } }
Phản ứng sóng
Khi sóng chuyển dời đụng vật cản sẽ tạo ra những phản ứng sóng sau
-
Phản ứng Sóng
Định nghĩa
Minh họaPhản xạ
Sóng bị vật cản trên đường di chuyển phản hồi trở về
Khúc xạ
Sóng bị lệch khi di chuyển qua vật cản
Chiết xạ
Sóng bị tách ra Nhiều Sóng Tần Số khi di chuyển qua vật trong suốt
Khuếch xạ
Sóng di chuyển qua khe hẹp tạo Sóng Khuếch đại
Nhiễu xạ
Sóng cùng chiều hay khác chiều di chuyển hướng vào nhau giao thoa với nhau cho ra nhiễu sóng cộng hay nhiễu sóng trừ
Phân cực
Các sóng ngang đều là có phân cực theo phương nào đó trong mặt phẳng vuông góc với phương Viral. Phân cực hoàn toàn có thể có nhiều dạng .
- Chỉ nằm theo một phương cố định vuông góc với phương lan truyền.
- Phân cực xoay, từ xoay tròn đến không quy tắc.
Có những sóng có xê dịch tròn, tích hợp cả sóng ngang và sóng dọc. Ví dụ : sóng nước với những phân tử nước trên mặt phẳng xê dịch xoay tròn theo hình elíp .Phân cực của sóng điện từ ở dải bước sóng mà tính hạt photon biểu lộ rõ hơn thì bị phân cực photon ngẫu nhiên che mất, và chỉ hiện ra khi lọc bằng kính phân cực .
Lưỡng tính Sóng Hạt của Phổ Tần Phóng Xạ
Theo điều tra và nghiên cứu vật lý phóng xạ cho thấy Phóng Xạ Điện Từ có Phổ tần phóng xạ lưởng tính
- Hạt v = λ f { displaystyle v = lambda f }
p = m v { displaystyle p = mv }
E = p v { displaystyle E = pv }
- Sóng
v
=
C
={displaystyle v=C=}
p = h λ { displaystyle p = { frac { h } { lambda } } }E = h C λ { displaystyle E = h { frac { C } { lambda } } }
