Sóng điện từ và sóng cơ vào thủy tinh: đáp án đúng A, B

Khi cho một sóng điện từ và một sóng cơ đi từ không khí vào thủy tinh, những nhận định nào sau đây đúng?

• A. Cả hai sóng đều có tần số không đổi khi đi từ không khí vào thủy tinh.
• B. Khi đi từ không khí vào thủy tinh, bước sóng của sóng điện từ giảm xuống.
• C. Khi đi từ không khí vào thủy tinh, bước sóng của sóng cơ giảm xuống.
• D. Khi đi từ không khí vào thủy tinh, cả hai sóng cùng chuyển thành sóng dọc.

Đáp án đúng là A và B. Cả hai sóng đều có tần số không đổi; bước sóng của sóng điện từ giảm khi truyền từ không khí vào thủy tinh. Tần số do nguồn dao động quyết định, còn bước sóng thay đổi theo tốc độ truyền sóng trong môi trường.

Vì sao A và B đúng?

Nhận định A đúng vì khi sóng truyền qua ranh giới giữa hai môi trường, tần số dao động vẫn do nguồn sóng quyết định. Quy tắc này áp dụng cho cả sóng điện từ và sóng cơ, miễn là sóng tiếp tục truyền sang môi trường mới.

Nhận định B đúng vì sóng điện từ truyền trong thủy tinh chậm hơn trong không khí. Theo hệ thức v = λf, với f không đổi, tốc độ v giảm thì bước sóng λ cũng giảm. Nói cách khác, các đỉnh sóng liên tiếp đi qua một điểm với nhịp không đổi, nhưng khoảng cách giữa chúng ngắn hơn trong thủy tinh.

Vì sao C và D sai?

• C sai vì không thể mặc nhiên cho rằng tốc độ của mọi sóng cơ đều giảm khi vào thủy tinh. Tốc độ sóng cơ phụ thuộc vào tính đàn hồi, khối lượng riêng của môi trường và loại sóng đang xét. Chẳng hạn, nếu xét sóng âm dọc truyền từ không khí vào thủy tinh, tốc độ truyền tăng nên bước sóng tăng theo λ = v/f, chứ không giảm. Đây là ý dễ nhầm khi áp dụng kết luận của sóng điện từ cho sóng cơ.
• D sai vì sóng điện từ truyền trong trường hợp đang xét là sóng ngang, không chuyển thành sóng dọc chỉ vì đi vào thủy tinh. Sóng cơ có thể là sóng ngang hoặc sóng dọc tùy môi trường và cách tạo sóng; cũng không có quy tắc rằng mọi sóng cơ đều chuyển thành sóng dọc tại mặt phân cách.

Kiến thức liên quan cần phân biệt

Tần số là số dao động trong một đơn vị thời gian. Bước sóng là khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất dao động cùng pha theo phương truyền sóng. Ba đại lượng liên hệ bởi v = λf: khi sóng sang môi trường khác, f giữ nguyên, còn v và λ có thể thay đổi.

Với sóng điện từ, tốc độ trong chân không là c; trong môi trường có chiết suất n, tốc độ được xác định bởi v = c/n. Vì thế, không thể dùng tốc độ trong chân không cho sóng đang truyền trong thủy tinh. Sóng điện từ có thể truyền trong chân không, còn sóng cơ cần môi trường vật chất. Sóng cơ có thể là sóng ngang hoặc sóng dọc; tốc độ truyền của nó phụ thuộc vào tính chất môi trường, không được suy ra chỉ từ việc đổi môi trường.

Cách nhận diện nhanh

Gặp câu hỏi sóng truyền qua mặt phân cách, hãy giữ nguyên tần số trước, rồi dùng v = λf để xét bước sóng. Sau đó xác định riêng tốc độ của từng loại sóng trong hai môi trường; đừng kết luận sóng cơ và sóng điện từ có bước sóng biến đổi giống nhau.