Sóng trên dây – lan truyền, phản xạ và sóng dừng

Sóng cơ và sóng dừng là nội dung trọng tâm của chủ đề Sóng trong Vật lí 11 (Chương trình GDPT 2018). Mô phỏng dựng một sợi dây gồm 81 hạt rời rạc và giải trực tiếp phương trình sóng bằng sơ đồ sai phân hữu hạn ổn định Courant, thay vì chỉ vẽ một đường sin có sẵn, nên học sinh thấy đúng cách sóng thật sự lan truyền hạt này kéo hạt kia. Ba chế độ tạo sóng ở đầu trái: Tự kéo (giữ nguyên vị trí khi buông tay), Dao động điều hoà (chỉnh biên độ và tần số) và Xung đơn (một gợn sóng hình nửa cosin, chỉnh biên độ và độ rộng). Đầu phải có ba kiểu: Cố định phản xạ sóng đảo pha, Tự do phản xạ sóng cùng pha (không đảo dấu), và Không có đầu mô phỏng dây dài vô hạn nên sóng bị hấp thụ, không phản xạ. Sức căng dây quyết định tốc độ truyền sóng v = √(F/μ) (μ = 0,01 kg/m cố định); với F = 4 N thì v = 20 m/s. Ở chế độ Dao động với đầu Cố định, chọn đúng tần số theo chiều dài dây sẽ tạo sóng dừng với các nút cách nhau đúng nửa bước sóng. Thanh giảm chấn làm sóng tắt dần theo thời gian như dây thật có ma sát với không khí. Nút Từng bước cho xem sóng tiến từng khung hình khi tạm dừng, chuyển động chậm giúp quan sát khoảnh khắc phản xạ tại đầu dây; thước ngang theo mét và thước dọc theo cm hỗ trợ đo trực tiếp bước sóng và biên độ trên hình vẽ. Câu hỏi gợi ý: – Vì sao đầu cố định làm sóng phản xạ đảo dấu còn đầu tự do thì không? – Giữ nguyên tần số, tăng sức căng dây thì bước sóng thay đổi thế nào? – Vì sao chọn “Không có đầu” thì không quan sát được sóng dội ngược lại phía nguồn?