Đo bề dày hai lớp từ độ trễ tiếng vang

Vật lý 11 · Ôn tập kiến thức THPT

Tiếng vang ghi tại nguồn đã đi cả lượt tới và lượt về. Khi có hai lớp, hiệu thời gian hai tiếng vang chỉ chứa đường đi thêm trong lớp thứ hai. Vì vậy phải tách các đoạn và chia hai.

Trong mô hình khảo sát âm, một xung đi vuông góc qua hai lớp phẳng song song. Tốc độ âm ở lớp đầu là 1 000 m/s, ở lớp sau là 2 000 m/s. Máy ghi tiếng vang từ ranh giới hai lớp ở 4 ms và từ đáy lớp thứ hai ở 10 ms, tính từ lúc phát. Bỏ qua trễ thiết bị và các phản xạ lặp.

Tìm từng bề dày

Tiếng vang đầu chỉ đi qua lớp thứ nhất hai lần:

2h₁/v₁ = 0,004 s, nên h₁ = 2 m.

Tiếng vang thứ hai còn đi hai lần qua lớp sau. Phần thời gian thêm là 0,010 − 0,004 = 0,006 s:

2h₂/v₂ = 0,006 s, nên h₂ = 6 m.

Kiểm tra ngược độc lập: 2 × 2/1 000 + 2 × 6/2 000 = 0,010 s, đúng tiếng vang thứ hai. Tổng bề dày là 8 m, không thể lấy 1 000 × 0,010/2 = 5 m vì tốc độ đã thay đổi theo lớp.

Cần biết tiếng vang nào ứng với mặt nào; nếu nhầm phản xạ thứ cấp thành đáy, kết quả sai dù phép tính đúng. Góc tới xiên cũng làm đường âm dài hơn bề dày, nên công thức trên không áp dụng trực tiếp.

Tự luyện: Giữ tiếng vang đầu 4 ms nhưng đáy về ở 8 ms. Lớp thứ nhất vẫn 2 m, lớp thứ hai còn 4 m. Đây là bài toán truyền sóng và đo khoảng cách, không phải hướng dẫn sử dụng thiết bị y tế.

Đọc tiếp: Tốc độ sóng · Bước sóng đổi môi trường.