Sóng điện từ truyền từ không khí vào nước thì thế nào?

Trả lời nhanh

Khi sóng điện từ truyền từ không khí vào nước: tần số không đổi, tốc độ truyền giảm, bước sóng giảm. Vậy phát biểu “tốc độ truyền sóng tăng” là sai. Lí do: nước có chiết suất lớn hơn không khí (n > 1), mà tốc độ sóng trong môi trường là v = c/n nên v nhỏ hơn c.

Ba đại lượng của sóng khi đổi môi trường

Ba đại lượng liên hệ với nhau bằng công thức v = λf. Nhưng khi sóng qua mặt phân cách, chỉ có tần số được giữ nguyên.

Tần số f: do nguồn phát quyết định, nên không đổi khi sóng sang môi trường khác.
Tốc độ v: phụ thuộc môi trường, v = c/n.
Bước sóng λ: λ = v/f, vì f không đổi mà v giảm nên λ giảm theo cùng tỉ lệ.

Sóng điện từ truyền từ không khí vào nước: tần số không đổi, tốc độ và bước sóng giảm — Hình 1. Qua mặt phân cách không khí – nước, bước sóng ngắn lại nhưng tần số không đổi.

Công thức và ví dụ tính toán

Gọi n là chiết suất tuyệt đối của môi trường. Với ánh sáng (một loại sóng điện từ), nước có n ≈ 1,33 còn không khí có n ≈ 1.

Tốc độ trong nước: v = c/n = 3.10⁸/1,33 ≈ 2,26.10⁸ m/s.
Ánh sáng đơn sắc có bước sóng 600 nm trong không khí sẽ có bước sóng trong nước λ’ = 600/1,33 ≈ 451 nm.
Tần số vẫn là f = c/λ = 3.10⁸/(600.10^–9) = 5.10¹⁴ Hz.

Với sóng vô tuyến ở tần số thấp, chiết suất của nước còn lớn hơn nhiều (nước có hằng số điện môi rất cao), nên tốc độ giảm mạnh hơn nữa. Quy luật vẫn giữ nguyên: tần số không đổi, tốc độ và bước sóng giảm.

Vì sao tốc độ lại giảm?

Trong môi trường vật chất, sóng điện từ làm các hạt tích điện dao động, các hạt này bức xạ lại sóng thứ cấp. Sự chồng chập làm sóng truyền “chậm” hơn so với trong chân không. Chiết suất n đo mức độ chậm này; n càng lớn, tốc độ càng nhỏ.

Loại trừ các nhận định sai

“Tốc độ tăng”: sai, vì n > 1 nên v < c.
“Tần số tăng” hoặc “tần số giảm”: sai, tần số do nguồn quyết định.
“Bước sóng tăng”: sai, bước sóng giảm vì λ = v/f.
“Tốc độ, tần số và bước sóng đều không đổi”: sai.

So sánh với sóng cơ (âm thanh)

Sóng âm thì ngược lại: tốc độ trong nước (khoảng 1500 m/s) lớn hơn trong không khí (khoảng 340 m/s). Nhiều học sinh nhớ nhầm quy luật này cho sóng điện từ. Hãy nhớ: sóng điện từ chậm đi khi vào môi trường đặc hơn về quang học; sóng âm lại nhanh hơn khi vào chất lỏng, chất rắn.

Loại sóng	Không khí → nước: tốc độ	Tần số
Sóng điện từ	Giảm	Không đổi
Sóng âm	Tăng	Không đổi

Mẹo nhớ

Hãy nhớ cụm “f bất biến”. Tần số không bao giờ đổi khi sóng qua mặt phân cách. Sau đó chỉ cần xét tốc độ: sóng điện từ vào môi trường có n lớn thì chậm lại, bước sóng ngắn lại.

Luyện tập có đáp án

Sóng điện từ có bước sóng 3 m trong không khí. Nếu coi n = 1,5 trong một môi trường khác, bước sóng trong môi trường đó bằng bao nhiêu? λ’ = 3/1,5 = 2 m.
Tính tốc độ của sóng điện từ trong thuỷ tinh có n = 1,5. v = 3.10⁸/1,5 = 2.10⁸ m/s.
Tại sao tần số của tia sáng không đổi khi chuyển từ không khí sang nước? Vì tần số do nguồn sáng quyết định, môi trường không làm thay đổi nó.

Lỗi sai thường gặp

Dùng công thức λ = c/f cho cả môi trường nước (đúng phải là λ = v/f).
Nhầm quy luật tốc độ giữa sóng điện từ và sóng âm.
Quên rằng chiết suất tuyệt đối của mọi môi trường vật chất đều lớn hơn hoặc bằng 1.

Câu hỏi thường gặp

Sóng điện từ truyền từ không khí vào nước thì tốc độ thay đổi thế nào?

Tốc độ giảm vì chiết suất của nước lớn hơn không khí, v = c/n.

Tần số của sóng điện từ có đổi khi vào nước không?

Không. Tần số do nguồn phát quyết định nên giữ nguyên khi sóng đổi môi trường.

Bước sóng thay đổi ra sao?

Bước sóng giảm theo cùng tỉ lệ với tốc độ, vì λ = v/f và f không đổi.

Sóng âm có giống sóng điện từ trong trường hợp này không?

Không. Sóng âm truyền trong nước nhanh hơn trong không khí, còn sóng điện từ chậm hơn.