Một số ví dụ Sóng dừng

Một ví dụ dễ thấy của sóng dừng là một dây nhảy được giữ bởi hai người tại 2 đầu dây. Nếu họ lắc dây một cách đồng bộ thì dây có thể hình thành hình sóng dừng đều đặn, dao động lên-xuống, với dọc theo dây là các điểm tĩnh nơi dây hầu như không dao động (điểm nút) và các điểm nơi cung dao động của dây là lớn nhất (điểm bụng). Sau đây là một số ví dụ tiêu biểu về sóng dừng và các ứng dụng của chúng:

Sóng âm dừng

Đám mây dạng lục giác này tại cực bắc của sao Thổ từng được nghĩ rằng chính là các sóng Rossby dừng.[11] Tuy nhiên, lời giải thích này đã bị phủ nhận.[12]

Sóng dừng còn có thể được quan sát thấy ở trong các môi trường vật chất như các sợi dây đàn và các cột không khí. Bất kỳ sóng âm nào truyền đi dọc theo môi trường sẽ phản xạ trở lại khi chúng tới điểm cuối. Hiệu ứng này đáng chú ý nhất trong các nhạc cụ, trong đó, tại các bội số của tần số tự nhiên của cột không khí hoặc sợi dây, một sóng dừng được tạo ra, thể hiện ra các bó sóng điều hòa hay các họa âm. Các điểm nút xuất hiện ở các đầu cố định và các điểm bụng ở đầu tự do. Dây có thể duỗi thẳng hoàn toàn trong quá trình dao động sóng. Nếu dây hay ống sáo chẳng hạn, cố định chỉ ở một đầu còn đầu kia tự do, thì chỉ có một số lẻ các bó sóng đầy đủ. Nhưng ngay cả ở đầu tự do của ống, phần tử bụng sẽ không chính xác tại đấy vì vị trí của nó bị thay đổi do tiếp xúc với không khí và do đó phải chỉnh lại đầu để đặt nó lại vị trí chính xác. Mật độ khối lượng (hay khối lượng riêng) của một sợi dây sẽ ảnh hưởng đến tần số để các sóng điều hòa được tạo ra; khối lượng riêng càng lớn thì tần số cần thiết để tạo ra một sóng dừng có cùng số họa âm càng thấp.

Ánh sáng khả kiến

Sóng dừng cũng đã được quan sát trong các môi trường truyền quang như các ống dẫn sóng quang, các hốc quang học, v.v... Các thiết bị laser sử dụng hốc quang học dưới dạng một cặp gương đối diện nhau. Môi trường khuếch đại trong hốc quang (như tinh thể) phát ra ánh sáng mạch lạc, kích thích ra sóng dừng bên trong hốc. Bước sóng của ánh sáng này rất ngắn (trong phạm vi nanomet, 10−9 m) nên sóng dừng cũng có kích thước cực nhỏ. Một ứng dụng của sóng ánh sáng dừng là để đo đạc các khoảng cách nhỏ, nhờ sử dụng phẳng quang học.

Tia X

Giao thoa giữa các chùm tia X có thể tạo thành trường sóng đứng tia X (XSW).[13] Do bước sóng rất ngắn của tia X (dưới 1 nanomet), hiện tượng này có thể được lợi dụng để đo các sự kiện quy mô nguyên tử ở bề mặt các vật liệu. Các XSW được tạo ra trong một khu vực nơi một chùm tia X giao thoa với một chùm tia nhiễu xạ từ một bề mặt đơn tinh thể hoặc một chùm phản xạ từ một gương tia X. Bằng cách điều chỉnh hình học của tinh thể hoặc bước sóng tia X, trường sóng dừng XSW có thể được dịch đi trong không gian, gây ra các sự thay đổi trong huỳnh quang tia X hoặc năng suất quang electron bật ra từ ​​các nguyên tử gần bề mặt vật liệu. Sự thay đổi này có thể được phân tích để xác định vị trí của một họ các nguyên tử cụ thể vật liệu so với các cấu trúc tinh thể bên dưới hoặc so với bề mặt của gương. Phương pháp XSW đã được sử dụng để làm rõ các chi tiết quy mô nguyên tử của các chất dẫn xuất tạp trong các vật liệu bán dẫn,[14] sự hấp phụ nguyên tử và phân tử trên các loại bề mặt,[15] và các biến đổi hóa học liên quan đến các chất xúc tác.[16]

Electron

Theo quan điểm lưỡng tính sóng hạt của cơ học lượng tử, các hạt electron cũng tồn tại dưới dạng các sóng dừng quanh hạt nhân nguyên tử. Do đó, năng lượng thấp nhất có thể mà một electron có thể có được tương tự như tần số cơ bản của sóng dừng trên dây. Các trạng thái năng lượng cao hơn tương tự như các chế độ hòa âm của tần số cơ bản đó. Hàm toán học mô tả trạng thái tương tự sóng của một hoặc một cặp electron trong một nguyên tử được gọi là orbital nguyên tử, và có thể được sử dụng để tính toán xác suất tìm thấy bất kì electron tại một vùng cụ thể xung quanh hạt nhân của nguyên tử.[17][18]

Sóng cơ

Những tay lướt thuyền Kayak trên một vùng có sóng dừng ở đoạn sông tại Vườn quốc gia Great Falls.

Sóng dừng có thể được tạo ra một cách cơ học trong một môi trường rắn bằng cách sử dụng cộng hưởng. Một ví dụ dễ hiểu là hai người chơi lắc một đầu dây nhảy. Nếu họ rung một cách đồng bộ, sợi dây sẽ tạo thành một mô hình đều đặn với các nút và bụng xen kẽ nhau và trông dường như đứng tại chỗ trong khi đang dao động, do đó được gọi là sóng dừng. Trên mặt nước, clapotisseiche là các dạng sóng dừng. Tương tự trên, một dầm hẫng trên cầu cũng có thể sẽ có sóng dừng áp lên vào khi có kích thích tác dụng vào trụ của nó. Trong trường hợp này, đầu tự do của dầm sẽ di chuyển khoảng cách lớn nhất về một bên so với bất kỳ vị trí nào khác dọc theo dầm. Một thiết bị hoạt động theo nguyên tắc tương tự như vậy có thể được sử dụng như là một bộ cảm biến để theo dõi những thay đổi về tần số hoặc pha cộng hưởng trên một sợi. Ứng dụng tiêu biểu của nó là thiết bị dùng để đo lường các kích thước.[19][20]

Sóng địa chấn

Các sóng mặt dừng trên Trái Đất thường được quan sát thấy dưới dạng các dao động tự do của Trái Đất.

Sóng Faraday

Sóng Faraday là một loại sóng dừng phi tuyến tính xuất hiện ở bề mặt tiếp giáp giữa chất lỏng và không khí, được gây ra bởi sự mất cân bằng thủy động lực. Nó có thể được sử dụng như một tấm mẫu dựa trên chất lỏng để lắp ráp các vật liệu siêu nhỏ.[21]

Tài liệu tham khảo

WikiPedia: Sóng dừng http://www.insitutec.com http://media.wiley.com/product_data/excerpt/81/047... http://adsabs.harvard.edu/abs/1964RvMP...36..681B http://adsabs.harvard.edu/abs/1969PhRvL..22..703B http://adsabs.harvard.edu/abs/1982PhRvL..49..560G http://adsabs.harvard.edu/abs/2001ASAJ..109R1274B http://adsabs.harvard.edu/abs/2005RScI...76i5112B http://adsabs.harvard.edu/abs/2010Icar..206..755B http://pubs.giss.nasa.gov/docs/1990/1990_Allison_e... //www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4159433