Một học sinh tiến hành thí nghiệm tạo sóng dừng trên dây đàn hồi căng ngang có chiều dài L = 60 cm. Một đầu sợi dây được gắn cố định, đầu còn lại được nối với một cần rung. Điều chỉnh tần số của cần rung và quan sát hình ảnh của sợi dây thì nhận thấy khi cần rung có tần số f = 120 Hz thì trên dây hình thành sóng dừng ổn định như Hình 4. M và N là hai điểm trên dây

Lời giải chi tiết
Ta có chiều dài dây L = 60 \text{ cm} = 0,6 \text{ m}, tần số sóng dừng f = 120 \text{ Hz} và tốc độ truyền sóng v = 30 \text{ m/s}.
1. M là nút sóng và N là bụng sóng.
Trong hình sóng dừng ổn định, các điểm nút không dao động và các điểm bụng có biên độ dao động cực đại. Nhìn vào hình, ta thấy M nằm ở vị trí nút sóng (giao điểm của các nửa bước sóng) và N nằm ở vị trí bụng sóng (giữa hai nút).
Do đó, đề bài đúng.
2. Khoảng cách giữa vị trí cân bằng của M và vị trí cân bằng của N là 30 cm.
Theo hình, khoảng cách giữa một nút và bụng sóng liền kề là \frac{\lambda}{4}, trong khi \lambda là bước sóng. Nếu khoảng cách giữa M và N là 30 cm, ta có:
\[ \frac{\lambda}{4} = 30\text{ cm} \Rightarrow \lambda = 120\text{ cm} = 1,2\text{ m} \]Nếu \lambda = 1,2\text{ m}, đã đủ dài cho một bước sóng dừng với 2 nút và 2 bụng, điều này không khả thi vì chiều dài dây là 60 cm. Vậy đề bài này sai.
3. Tốc độ truyền sóng trên dây là 30 m/s.
Ta dùng công thức liên hệ giữa vận tốc sóng, bước sóng và tần số: v = f\lambda. Đã tính \lambda = 0,3 \text{ m}:
\[ v = 120 \times 0,3 = 36\text{ m/s} \]Như vậy, đề bài này sai.
4. Điều chỉnh tần số của cần rung tăng dần thì tần số tiếp theo tạo sóng dừng trên dây là 150 Hz.
Tần số để tạo sóng dừng trên dây là bội số nguyên của tần số cơ bản. Nếu ban đầu tần số là 120 Hz ứng với bội số nào đó, thì bội số kế tiếp là 150 Hz (tăng 1 bội số cơ bản):
\[ \frac{60}{120} = 0,5 \text{ m/s} \]Không thỏa mãn điều kiện cho bội số kế tiếp, do đó với thông tin như trên, tiên đoán tần số sai.
Chú ý khi giải