Trả lời nhanh
Hai sóng cơ gặp nhau giao thoa được với nhau khi chúng là hai sóng kết hợp: dao động cùng phương, cùng tần số (cùng chu kì) và có hiệu số pha không đổi theo thời gian. Chỉ khi độ lệch pha ổn định thì các điểm cực đại, cực tiểu mới đứng yên tại các vị trí cố định, tạo thành hình ảnh giao thoa rõ nét.
Giao thoa sóng là gì?
Giao thoa là hiện tượng hai sóng kết hợp gặp nhau thì có những điểm chúng luôn tăng cường lẫn nhau (biên độ cực đại) và có những điểm chúng luôn triệt tiêu nhau (biên độ cực tiểu). Các điểm đó tạo thành những đường hypebol có hai tiêu điểm là hai nguồn, gọi là vân giao thoa.
Điểm mấu chốt là chữ “luôn”: vị trí cực đại, cực tiểu phải ổn định theo thời gian. Muốn vậy hai nguồn phải thoả mãn ba điều kiện dưới đây.
Ba điều kiện của hai sóng kết hợp
| Điều kiện | Vì sao cần? |
|---|---|
| Cùng phương dao động | Nếu hai dao động vuông góc nhau thì không thể cộng/trừ biên độ để tăng cường hay triệt tiêu hoàn toàn. |
| Cùng tần số (cùng chu kì) | Nếu tần số khác nhau, độ lệch pha tại mỗi điểm biến thiên liên tục, điểm đó lúc mạnh lúc yếu, không có vân cố định. |
| Hiệu số pha không đổi theo thời gian | Độ lệch pha tại điểm M gồm độ lệch pha của hai nguồn cộng với phần do hiệu đường đi. Nếu độ lệch pha của nguồn thay đổi thì vân bị “trôi”. |
Vị trí cực đại và cực tiểu
Giả sử hai nguồn S1, S2 cùng pha, bước sóng λ. Điểm M cách hai nguồn lần lượt d1, d2.
- Cực đại: d2 − d1 = kλ (k = 0, ±1, ±2, …), biên độ Amax = A1 + A2.
- Cực tiểu: d2 − d1 = (k + 1/2)λ, biên độ Amin = |A1 − A2|.
- Hai nguồn ngược pha thì hai điều kiện trên đổi chỗ cho nhau.
- Trên đoạn S1S2, khoảng cách giữa hai cực đại (hoặc hai cực tiểu) liên tiếp là λ/2.
Lỗi sai thường gặp khi làm trắc nghiệm
- “Cùng biên độ” không phải điều kiện. Biên độ khác nhau vẫn giao thoa, chỉ là cực tiểu không bằng 0.
- “Cùng pha” cũng không bắt buộc. Chỉ cần độ lệch pha không đổi; có thể bằng 0, bằng π hay bất kì giá trị cố định nào.
- “Cùng bước sóng” thường đi kèm cùng tần số trong cùng môi trường, nhưng điều kiện gốc được phát biểu bằng tần số.
- Phương án nói “cùng tần số, cùng biên độ” mà thiếu “hiệu số pha không đổi” là phương án thiếu ý, không phải đáp án đầy đủ.
Mẹo nhớ: “Phương – Tần – Pha”: cùng phương, cùng tần số, pha lệch không đổi.
Bài luyện tập
Bài 1. Hai nguồn cùng pha A, B cách nhau 10 cm, tần số 20 Hz, tốc độ truyền sóng 40 cm/s. Tìm số điểm dao động cực đại và cực tiểu trên đoạn AB.
Giải. λ = v/f = 2 cm; AB/λ = 5. Cực đại: −5 < k < 5 nên k = −4, …, 4: có 9 điểm. Cực tiểu: −5,5 < k < 4,5 nên k = −5, …, 4: có 10 điểm.
Bài 2. Với hai nguồn cùng pha, λ = 2 cm, điểm M có d1 = 12 cm, d2 = 15 cm. M là cực đại hay cực tiểu?
Giải. d2 − d1 = 3 cm = 1,5λ = (1 + 1/2)λ nên M là cực tiểu.
Bài 3. Hai sóng có tần số 50 Hz và 60 Hz, cùng phương, gặp nhau trong nước. Có quan sát được vân giao thoa ổn định không?
Giải. Không, vì hai sóng không cùng tần số nên độ lệch pha tại mỗi điểm thay đổi theo thời gian, không phải sóng kết hợp.
Câu hỏi thường gặp
Hai sóng kết hợp là gì?
Là hai sóng cùng phương, cùng tần số và có hiệu số pha không đổi theo thời gian. Chúng do hai nguồn kết hợp phát ra.
Hai nguồn có cần cùng biên độ để giao thoa không?
Không. Biên độ có thể khác nhau; khi đó cực đại có biên độ A1 + A2 còn cực tiểu có biên độ |A1 − A2| khác 0.
Hai nguồn có bắt buộc phải cùng pha không?
Không bắt buộc. Chỉ cần độ lệch pha giữa hai nguồn không đổi theo thời gian; cùng pha chỉ là trường hợp đặc biệt.
Công thức xác định cực đại giao thoa khi hai nguồn cùng pha?
d2 − d1 = kλ với k là số nguyên; cực tiểu ứng với d2 − d1 = (k + 1/2)λ.