Đặc trưng vật lý của âm – Lý thuyết môn Vật lý lớp 12
Tiếng đàn, tiếng hát, tiếng động vật kêu, tiếng bát đĩa,… đều là những âm thanh quen thuộc trong đời sống. Ở chương trình Vật lý 12, các em sẽ được học rõ hơn về khái niệm âm, nguồn âm và những đặc trưng vật lí của âm thanh. Bài viết dưới đây là những kiến thức về âm mà Team Marathon Education đã tổng hợp giúp các em củng cố kiến thức một cách hiệu quả.
>>> Xem thêm: Lý Thuyết Lý 12: Sóng Cơ Là Gì? Sự Truyền Sóng Cơ
Khái niệm âm và nguồn âm
Âm là gì?
Âm hay sóng âm là những sóng cơ lan truyền trong các môi trường rắn, lỏng hoặc khí.
Nguồn âm là gì?
Nguồn âm là những vật dao động và phát ra sóng âm. Khi đó, tần số âm phát ra sẽ bằng với tần số dao động của nguồn âm.
Phân loại âm thanh
Âm thanh thường được phân làm 3 loại với những đặc trưng khác nhau, bao gồm:
| Loại âm thanh | Hạ âm | Âm thanh(âm nghe được) | Siêu âm |
| Tần số f | Nhỏ hơn 16Hz | Trong khoảng từ 16Hz đến 20.000Hz | Lớn hơn 20.000Hz |
| Mức độ nghe thấy của tai người | Không nghe được (không cảm nhận được) | Cảm nhận được | Không nghe được(không cảm nhận được) |
| Ví dụ | Một số loại vật như voi, chim, bồ câu,… | Tiếng nói, nhạc cụ, loa,… | Một số loài vật như dơi, cá heo, cào cào,… |
Sự truyền âm
Môi trường truyền âm
Âm thanh truyền được trong các môi trường rắn, lỏng và khí nhưng không truyền được trong môi trường chân không và không truyền qua được các chất xốp như bông, len,… Các chất này còn được gọi là chất cách âm.
>>> Xem thêm: Giao Thoa Sóng Là Gì? Lý Thuyết Và Công Thức Giao Thoa Sóng
Tốc độ truyền âm
Trong môi trường khác nhau âm thanh sẽ truyền đi với tốc độ khác nhau, xác định và hữu hạn đặc trưng cho từng môi trường.
Trong đó:
- Tốc độ truyền âm trong chất rắn là lớn nhất, trong chất khí là nhỏ nhất
- Âm truyền trong chất lỏng và khí là sóng dọc, âm truyền trong chất rắn gồm cả sóng dọc và sóng ngang.
Dưới đây là tốc độ truyền âm trong một số chất:
| Chất | Tốc độ truyền âm v (m/s) |
| Không khí 0oC | 331 |
| Không khí 25oC | 346 |
| Khí hidro 0oC | 1280 |
| Nước, nước biển 15oC | 1500 |
| Sắt | 5850 |
| Nhôm | 6260 |
Các đặc trưng vật lí của âm
Các đặc trưng vật lí của âm thanh bao gồm: Tần số, cường độ và mức độ âm, đồ thị dao động của âm.
Tần số của âm
Tần số âm là đặc trưng vật lí quan trọng nhất của âm.
- Ký hiệu tần số âm: f
- Đơn vị: Hz
Cường độ và mức cường độ âm
Cường độ âm là đại lượng đặc trưng cho năng lượng của sóng âm truyền qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền sóng trong một đơn vị thời gian.
- Kí hiệu sóng âm: I
- Đơn vị: W/m2
Công thức tính cường độ âm:
I=\frac{W}{t.S}=\frac{P}{S}
Trong đó:
- P : Công suất phát âm của nguồn (W)
- S : Diện tích mặt vuông góc với phương truyền âm (m2)
- t : Thời gian truyền sóng âm
Mức cường độ âm là giá trị Logarit thập phân của tỉ số giữa cường độ âm đang xét I so với một giá trị cường độ âm chuẩn I0.
- Đơn vị: B (ben) hoặc dB (đề-xi-ben): 1B = 10dB
- Công thức tính:
L(B)=lg\frac{I}{I_0} \text{ hoặc }L(dB)=10.log\frac{I}{I_0}
Thông thường, ở tần số âm f = 1000Hz thì I0 = 10-12 và là cường độ âm chuẩn.
Một số mức cường độ âm thường thấy:
| Mức cường độ âm | Loại âm thanh thường thấy |
| 0 dB | Ngưỡng nghe |
| 30 | Tiếng thì thầm |
| 40 | Tiếng nói chuyện bình thường |
| 60 | Tiếng ồn ào trong cửa hàng |
| 90 | Tiếng ồn ngoài phố |
| 120 | Tiếng sét lớn, tiếng máy bay cất cánh |
| 130 | Ngưỡng đau, nhức tai |
Đồ thị dao động của âm
Âm cơ bản là âm có tần số nhỏ nhất do một nhạc cụ phát ra. Khi một nhạc cụ phát ra sóng âm có tần số f0 thì nhạc cụ đó cũng sẽ phát ra những sóng âm có tần số f là bội của f0, các tần số f này được gọi là họa âm thứ k, với fk = kf0
Lưu ý: Các họa âm của những nhạc cụ khác nhau có thể có cùng tần số âm nhưng có biên độ khác nhau, do vậy dù có số họa âm giống nhau nhưng ta vẫn phân biệt được âm này với âm khác nhờ độ thị dao động âm khác nhau.
Đồ thị dao động âm là một trong những đặc trưng vật lí của âm. Đây là tổng hợp đồ thị dao động của tất cả các họa âm trong một nhạc âm xác định, đồ thị dao động của âm là một đường phức tạp và có chu kì.
Tham khảo ngay các khoá học online của Marathon Education
Các đặc trưng vật lí của âm là một trong những kiến thức quan trọng trong chương trình vật lý 12. Các em hãy thường xuyên theo dõi website Marathon Education để dễ dàng tham khảo những tài liệu Toán – Lý – Hóa chương trình cấp 3. Cũng đừng quên đăng ký lớp học livestream tại Marathon Education để học online ôn luyện hiệu quả ngay tại nhà các em nhé!
