Tìm hiểu pha trong vật lý là gì? Công thức và cách tính pha 

Pha đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong lĩnh vực Vật lý, đó là một công cụ mạnh mẽ giúp chúng ta mô tả sự biến đổi của các hệ thống trong quá trình dao động và điều hoà. Hãy cùng Trung tâm sửa chữa điện lạnh – điện tử Limosa khám phá và tìm hiểu thêm pha trong vật lý là gì và sự thú vị của pha trong lĩnh vực vật lý.

1. Tìm hiểu pha trong vật lý là gì? 

Pha trong vật lý là gì? Trong vật lý, khái niệm “pha” liên quan đến mô tả sự tương đối trong thời gian của các biến đổi định kỳ như dao động hoặc sóng. Pha cho biết mối quan hệ giữa vị trí của một điểm trên một sóng hoặc dao động và thời gian. Để hiểu rõ hơn, hãy xem xét các khía cạnh quan trọng của pha:

• Biểu tượng pha (Phase Angle): Pha thường được biểu thị bằng biểu tượng greek “phi” (φ) và đo bằng đơn vị góc (thường là radian hoặc độ). Biểu tượng này thể hiện mối quan hệ giữa một điểm trên sóng hoặc dao động và vị trí đặc điểm tham chiếu trên sóng.
• Sự thay đổi pha: Khi một sóng hoặc dao động thay đổi pha, điều này tương đương với việc di chuyển các điểm trên sóng hoặc dao động theo thời gian. Sự thay đổi pha có thể làm thay đổi vị trí của đỉnh sóng hoặc dao động.
• Quan hệ pha giữa các sóng: Pha cũng cho biết sự tương quan trong thời gian giữa các sóng hoặc dao động. Nếu hai sóng hoặc dao động có cùng pha, chúng sẽ ở trong “độ trễ” tối đa và tạo ra hiệu ứng cộng hưởng. Nếu chúng có pha đối lập, chúng sẽ ở trong “độ trễ” tối thiểu và tạo ra hiệu ứng trừ hưởng.

Pha là một khái niệm quan trọng trong nhiều lĩnh vực của vật lý, chẳng hạn như dao động cơ học, sóng âm thanh, sóng ánh sáng, và nhiều ứng dụng công nghệ khác. Nó giúp chúng ta hiểu cách các tín hiệu và sóng tương tác và ảnh hưởng lẫn nhau trong các hệ thống phức tạp.

2. Cách tính pha trong vật lý là gì?

Pha trong vật lý được tính dựa trên sự quan sát của sự biến đổi trong thời gian của một sóng hoặc dao động. Cách tính pha phụ thuộc vào loại sóng hoặc dao động bạn đang làm việc với và cách biểu diễn nó. Dưới đây là một số cách thường được sử dụng để tính pha trong vật lý:

• Tính pha so với một điểm tham chiếu: Trong nhiều trường hợp, pha được tính bằng cách so sánh vị trí của một điểm trên sóng hoặc dao động với vị trí của một điểm tham chiếu cố định trên sóng. Khi bạn biết vị trí của điểm đó trên sóng và thời điểm tương ứng, bạn có thể tính được pha.
• Sử dụng biểu đồ sóng: Trong nhiều trường hợp, pha có thể được đo và tính bằng cách sử dụng biểu đồ sóng, đặc biệt là biểu đồ thời gian so với biểu đồ khoảng cách. Trong biểu đồ sóng, pha thường được tính bằng đo khoảng cách từ một điểm đến đỉnh của sóng hoặc khoảng cách từ một điểm đến một đỉnh tiếp theo.
• Sử dụng các tham số trong công thức sóng: Trong nhiều trường hợp, pha có thể được tính bằng cách sử dụng các tham số trong công thức biểu diễn sóng hoặc dao động. Ví dụ, trong trường hợp sóng tròn, pha có thể được tính bằng công thức pha (φ) = 2πf t, trong đó φ là pha, f là tần số sóng, và t là thời gian.
• Sử dụng công cụ đo lường: Trong một số trường hợp, đặc biệt là trong thí nghiệm hoặc các ứng dụng kỹ thuật, pha có thể được đo lường bằng các công cụ đo lường chính xác như máy đo sóng, máy đo tần số, hoặc máy đo thời gian.

Tùy thuộc vào tình huống cụ thể, bạn có thể sử dụng phương pháp phù hợp để tính pha cho sóng hoặc dao động mà bạn quan tâm. Điều quan trọng là hiểu rõ ngữ cảnh và phương pháp đo lường trong tình huống cụ thể của bạn.

3. Công thức tính pha trong vật lý là gì?

Công thức tính pha trong vật lý thường liên quan đến sự biến đổi của các sự kiện hoặc hiện tượng trên một chu kỳ hoặc sóng. Pha thường được biểu thị bằng đơn vị góc độ (thường là radian hoặc độ) và thường được ký hiệu bằng ký hiệu “φ” (phi).

Công thức cơ bản để tính pha phụ thuộc vào ngữ cảnh cụ thể và loại sóng hoặc hiện tượng bạn đang xem xét. Dưới đây là một số công thức phổ biến để tính pha trong một số trường hợp phổ biến:

3.1. Sóng điện từ:

Pha của sóng điện từ (đối với sóng siêu âm, sóng hấp dẫn, sóng ánh sáng, vv.) được tính bằng công thức sau:

• Pha (φ) = 2π * (f * t + ϕ₀)

Trong đó:

• φ là pha (radian).
• f là tần số sóng (Hz).
• t là thời gian (s).
• ϕ₀ là pha ban đầu (radian) tại thời điểm t = 0.

3.2. Sóng cơ học (ví dụ: sóng âm, sóng dây đàn):

Pha của sóng cơ học cũng được tính bằng công thức tương tự:

• Pha (φ) = 2π * (f * t + ϕ₀)

Ở đây, cũng áp dụng như trong trường hợp sóng điện từ, nhưng với sóng cơ học, f thường biểu thị tần số sóng của âm thanh hoặc sóng cơ học, và ϕ₀ là pha ban đầu tại thời điểm t = 0.

3.3. Sóng và cơ sở đồng pha (phasor):

Trong trường hợp sử dụng phasor để biểu diễn sóng, pha thường được biểu thị bằng góc của phasor trong mặt phẳng phasor. Công thức để tính pha trong trường hợp này là:

• Pha (φ) = atan2(Im, Re)

Trong đó:

• Im là phần ảo của phasor.
• Re là phần thực của phasor.

4. Một số bài tập tính pha trong vật lý

Bài tập 1: Một sóng ánh sáng có tần số 5 x 10^14 Hz và pha ban đầu là 0 rad. Tính pha của sóng tại thời điểm t = 2 x 10^-15 s.

Đáp án 1: Pha của sóng điện từ được tính bằng công thức: φ = 2π * (f * t + ϕ₀)

• f là tần số sóng (5 x 10^14 Hz)
• t là thời gian (2 x 10^-15 s)
• ϕ₀ là pha ban đầu (0 rad)

φ = 2π * (5 x 10^14 Hz * 2 x 10^-15 s + 0 rad) = 10π rad

Bài tập 2: Một sóng âm có tần số 440 Hz và pha ban đầu là π/4 rad. Tính pha của sóng tại thời điểm t = 0.02 s.

Đáp án 2: Pha của sóng âm được tính bằng công thức: φ = 2π * (f * t + ϕ₀)

• f là tần số sóng (440 Hz)
• t là thời gian (0.02 s)
• ϕ₀ là pha ban đầu (π/4 rad)

φ = 2π * (440 Hz * 0.02 s + π/4 rad) ≈ 27.78 rad

Bài tập 3: Một phasor biểu diễn một sóng có phần thực Re = 3 và phần ảo Im = -4. Tính pha của phasor này.

Đáp án 3: Pha của phasor trong trường hợp này được tính bằng công thức: φ = atan2(Im, Re)

• Im là phần ảo của phasor (-4)
• Re là phần thực của phasor (3)

φ = atan2(-4, 3) ≈ -0.93 rad

Pha của phasor này là khoảng -0.93 rad.

Trên đây là các thông tin liên quan đến khái niệm pha trong vật lý là gì. Nếu quý vị có bất kỳ câu hỏi hoặc cần sự hỗ trợ bổ sung, xin vui lòng liên hệ với Trung tâm sửa chữa điện lạnh – điện tử Limosa tại số điện thoại HOTLINE 1900 2276.