Xem mã nguồn của Sóng

{{Khóa|small=yes}}
{{bài cùng tên}}
[[Tập tin:2006-01-14_Surface_waves.jpg|nhỏ|Sóng mặt trong nước cho thấy gợn sóng nước]]
[[Tập tin:Rectified_waves.png|nhỏ|Các loại sóng khác nhau với các đồ thị khác nhau]]
{{Vật lý hiện đại}}
Trong [[Vật lý học|vật lý]], [[toán học]] và các lĩnh vực liên quan, '''sóng''' là sự xáo trộn của một [[Trường (vật lý)|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 trong vật lý là sóng [[Sóng cơ học|cơ học]] và sóng [[Bức xạ điện từ|điện từ]]. Sóng cơ học là một biến dạng cục bộ trong một số môi trường vật lý mà truyền từ hạt này sang hạt khác bằng cách tạo ra các [[ứng suất]] cục bộ gây ra biến dạng ở các hạt lân cận. Ví dụ, sóng [[âm thanh]] trong không khí là các biến thể của áp suất cục bộ lan truyền do va chạm giữa các phân tử khí. Các ví dụ khác về sóng cơ học là sóng [[Sóng địa chấn|địa chấn]], [[Sóng trọng trường|sóng trọng lực]], sóng xoáy và [[sóng xung kích]]. Một sóng điện từ bao gồm sự kết hợp của các trường điện và từ biến đổi, lan truyền trong không gian theo [[Phương trình Maxwell|các phương trình của Maxwell]]. Sóng điện từ có thể truyền qua [[Điện môi|môi trường điện môi]] phù hợp hoặc qua [[chân không]]; ví dụ như [[sóng vô tuyến]], [[Tia hồng ngoại|bức xạ hồng ngoại]], [[Ánh sáng|ánh sáng nhìn thấy]], [[Tử ngoại|bức xạ cực tím]], [[tia X]] và [[tia gamma]].

Các loại sóng khác bao gồm sóng [[Sóng hấp dẫn|hấp dẫn]], là nhiễu loạn trong [[trường hấp dẫn]] lan truyền theo [[thuyết tương đối rộng]]; [[sóng khuếch tán nhiệt]]; [[sóng plasma]], kết hợp biến dạng cơ học và trường điện từ; [[sóng khuếch tán phản ứng]], như trong [[Phản ứng Belousov–Zhabotinsky|phản ứng Belousov-Zhabotinsky]]; và nhiều loại khác.

Sóng cơ học và điện từ dường như thường truyền qua không gian; nhưng, trong khi chúng có thể mang [[năng lượng]],<ref>{{Harvard citation|Hall|1982|p=8}}</ref> [[động lượng]] và [[Thông tin|thông tin thông]] qua vật chất hoặc không gian trống, chúng có thể làm điều đó mà không chuyển bất kỳ [[khối lượng]] nào. Trong toán học và [[điện tử học]] sóng được nghiên cứu như là [[tín hiệu]].<ref>Pragnan Chakravorty, "What Is a Signal? [Lecture Notes]," IEEE ''Signal Processing Magazine'', vol. 35, no. 5, pp. 175-177, Sept. 2018. {{doi.org|10.1109/MSP.2018.2832195}}</ref> Mặt khác, một số sóng dường như không 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 xác suất]] của [[cơ học lượng tử]], có thể hoàn toàn tĩnh.

Một [[sóng phẳng]] dường như truyền theo một hướng xác định và có giá trị không đổi trên bất kỳ mặt phẳng nào vuông góc với hướng đó. Về mặt toán học, sóng đơn giản nhất là [[sóng hình sin]]. Sóng phức tạp thường có thể được mô tả là tổng của nhiều sóng phẳng hình sin. Một sóng phẳng có thể là [[sóng ngang]], nếu hiệu ứng của nó tại mỗi điểm được mô tả bằng một vectơ vuông góc với hướng truyền hoặc truyền năng lượng; hoặc [[sóng dọc]], nếu các vectơ mô tả [[song song]] với hướng truyền năng lượng. Trong khi sóng cơ học 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 ==
* [[Sóng biển]] là sự lan truyền của dao động thẳng đứng hoặc vòng tròn của [[nước biển]]. Xem thêm [[sóng thần]].
* [[Âm thanh]] là sự lan truyền của dao động của các phân tử [[khí quyển Trái Đất|không khí]] hay [[chất lỏng]] và [[chất rắn]] ở [[tần số]] làm rung động [[màng tai|màng nhĩ]] của [[tai người]] tạo nên [[tín hiệu]] [[thần kinh]] cảm nhận được. 
* [[Sóng địa chấn]] trong [[động đất]] là lan truyền của các dao động mạnh của các [[khu vực địa chất]]. Có ba loại [[sóng địa chấn]] là P (Primary), S (Secondary) và L.
* [[Ánh sáng]], [[sóng vô tuyến|sóng radio]], [[tia X]],.... là các [[bức xạ điện từ]], sự lan truyền của dao động của [[trường điện từ]], có thể truyền trong [[chân không]]. Xem thêm [[tốc độ ánh sáng|vận tốc ánh sáng]]. 
* [[Sóng hấp dẫn]], sự lan truyền của dao động của [[tương tác hấp dẫn|trường hấp dẫn]], tiên đoán bởi [[thuyết tương đối rộng]]. Các sóng này [[phi tuyến tính]].

== Mô tả sóng vật lý ==
<!--
[[Hình:wave.png]]
-->
=== Phương trình sóng ===
Mọi sóng đều thoả mãn một [[phương trình vi phân riêng phần]] gọi là [[phương trình sóng]]. Các phương trình sóng có thể có nhiều dạng, phụ thuộc vào môi trường truyền và kiểu lan truyền.

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'':

:<math>\frac{1}{v^2}\frac{\partial^2 y}{\partial t^2}=\frac{\partial^2 y}{\partial x^2}.</math>

Ở đây, ''v'' là [[vận tốc]] lan truyền sóng. [[Hàm sóng]] tổng quát thoả mãn [[phương trình]] trên, giải bởi [[Jean le Rond d'Alembert|d'Alembert]], là:

:<math>y(x,t)=F(x-vt)+E(x+vt)</math>

Một ví dụ khác về phương trình sóng là [[phương trình Schrödinger]] mô tả chuyển động của [[sóng hạt]] trong [[vật lý lượng tử]]. Nghiệm của phương trình này là hàm sóng mô tả [[xác suất]] tìm thấy hạt tại một [[điểm]] trong [[không-thời gian]].

{{chính|Sóng điều hoà}}
Trong một môi trường đồng nhất và đẳng hướng, [[Joseph Fourier]] đã tìm thấy là mọi [[hàm sóng]] sẽ có dạng tổng quát sau:

:<math>y(x,t)=F(x-vt)+E(x+vt)</math>

có thể được miêu tả như là sự chồng nhau của nhiều [[dao động điều hòa đơn giản|sóng điều hoà]]
:<math>y(x,t)=A(x,t) \cos (\omega t - kx + \varphi),\,</math>

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 sóng|pha ban đầu]]. Nếu biên độ của sóng không phụ thuộc thời gian:
:<math>A(x,t) = A(x)</math>
thì sóng gọi là [[sóng dừng]].

Tần số góc liên hệ với [[tần số]] qua:
:<math>\omega = 2\pi f</math>
Còn số sóng liên hệ với [[vận tốc]] lan truyền ''v'' của sóng qua:
:<math>v=\frac{\omega}{k}= \lambda f,</math>
Ở đây λ là [[bước sóng]] và ''f'' là tần số. Tần số ''f'' liên hệ với [[chu kỳ]] ''T'' qua:
:<math>f=\frac{1}{T}</math>
 
Mọi sóng điều hoà đều có thể đặc trưng bởi biên độ, tần số, vận tốc và pha. Ngoài ra, sóng có thể được mô tả theo phương dao động.

==Thể loại sóng==
=== Sóng ngang ===
{{chính|Sóng ngang}}

[[Sóng ngang]] là sóng vật lý với các dao động vuông góc với phương lan truyền. Ví dụ: sóng lan truyền trên [[dây đàn]] khi gẩy đàn, [[bức xạ điện từ|sóng điện]].

=== Sóng dọc ===
{{chính|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: [[âm thanh|sóng âm thanh]], [[ánh sáng|sóng ánh sáng]],{{Cần chú thích}}

==Tính chất==
Mọi sóng đều có thể biểu diễn bằng một sóng có một [[bước sóng]] λ di chuyển với một [[vận tốc]] v và có [[biên độ sóng]] thay đổi theo hàm số sin 
: [[Hình:wave.png|Left|400px|A wave with constant amplitude.]]

:{| class="wikitable" width=100% align=center
! Bước Sóng!! Vận Tốc Di Chuyển!! Vận Tốc Góc!! Chu Kỳ Sóng!! Hàm Số Sóng!! Biên Độ Sóng 
|-
| 2π || <math>\frac{2 \pi}{t}</math> ||  <math>2 \pi f</math>|| <math>f = \frac{1}{t}</math> || <math>F(t,\theta) = A Sin (\omega t + \theta)</math> || <math>F(t,\theta) = 0</math> ở các góc <math>\theta = n \pi</math> <br> <math>F(t,\theta) = A</math> ở các góc <math>\theta = (2n+1) \frac{\pi}{2}</math>
|-
|}

===Phản ứng sóng===
Khi sóng di chuyển đụng vật cản sẽ tạo ra các phản ứng sóng sau
:{| class="wikitable" width=100% align=center
! Phản ứng Sóng!! Định nghĩa!! Minh họa 
|-
|[[Phản xạ]] || ''Sóng bị vật cản trên đường di chuyển phản hồi trở về'' ||[[Tập tin:Ray Diagram 2.PNG]] 
|-
|[[Khúc xạ]] || ''Sóng bị lệch khi di chuyển qua vật cản'' || [[Tập tin:Ray Diagram.PNG]]
|-
|[[Chiết xạ]] || ''Sóng bị tách ra Nhiều Sóng Tần Số khi di chuyển qua vật trong suốt '' || [[Tập tin:Prism-rainbow.svg|200px]]
|-
|[[Khuếch xạ]] || '' Sóng di chuyển qua khe hẹp tạo Sóng Khuếch đại'' || [[Tập tin:Two-Slit Diffraction.png|200px]]
|- 
|[[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'' || [[Tập tin:Two-Slit Diffraction.png|200px]]
|- 
|}

==== Phân cực ====
{{chính|Phân cực}}
Các sóng ngang đều là có [[phân cực]] theo phương nào đó trong mặt phẳng vuông góc với phương lan truyền. Phân cực 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 dao động tròn, kết hợp cả sóng ngang và sóng dọc. Ví dụ: [[sóng nước]] với các phân tử nước trên bề mặt dao động xoay tròn theo hình elíp.

Phân cực của sóng điện từ ở dải bước sóng mà tính hạt [[photon]] thể hiện 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===
{{chính|Lưỡng tính sóng hạt}}
Theo nghiên cứu vật lý phóng xạ cho thấy Phóng Xạ Điện Từ có Phổ tần phóng xạ lưởng tính 
:[[Hạt]] <math>v= \lambda f</math>, <math> p= m v</math>, <math> E= p v</math>
:Sóng <math>v = C = </math>, <math> p = \frac{h}{\lambda}</math>, <math> E= h \frac{C}{\lambda}</math>

== Xem thêm ==
* [[Hiệu ứng Doppler]]
* [[Vận tốc nhóm]]
* [[Vận tốc pha]]
* [[Sóng dừng]]

==Tham khảo==
{{tham khảo}}
== Liên kết ngoài ==
{{thể loại Commons|Waves}}
* {{TĐBKVN|25649}}
* {{Britannica|637813|Wave (physics)}}
{{Vật lý học}}
{{Kiểm soát tính nhất quán}}

[[Thể loại:Chuyển động sóng| ]]
[[Thể loại:Khái niệm vật lý]]
[[Thể loại:Phương trình vi phân riêng]]
[[Thể loại:Phương trình vi phân]]