Sóng Cơ là gì? Các Loại Sóng Cơ Học và Cách Chúng Lan Truyền

Có nhiều loại sóng tồn tại trong tự nhiên như sóng điện từ, tia hồng ngoại, sóng cơ học… Vậy sóng cơ là gì? Hãy cùng tìm hiểu về các loại sóng cơ học, cách chúng được tạo ra và điều gì ảnh hưởng đến sự lan truyền của chúng trong nhiều môi trường khác nhau.

Sóng cơ là gì?

Sóng cơ học là một dạng sóng có sự dao động cơ học, chuyển giao năng lượng thông qua một loại vật liệu hoặc môi trường. Không phải tất cả các sóng đều được xem là sóng cơ. Ví dụ, sóng điện từ như ánh sáng khả kiến không phải là sóng cơ vì chúng có thể truyền qua chân không để tiếp cận chúng ta từ mặt trời. Sóng cơ bao gồm sóng nước, sóng âm, sóng động đất và nhiều loại sóng khác. Giống như tất cả các sóng, những sóng thuộc loại cơ học có đỉnh, hoặc đỉnh và đáy. Chúng cũng có tần số, là số lượng sóng truyền qua mỗi giây và bước sóng, là khoảng cách từ một đỉnh tới đỉnh tiếp theo.

Các loại sóng cơ học

Một cách để phân loại sóng là dựa trên hướng chuyển động của các hạt riêng lẻ của môi trường so với hướng mà sóng truyền đi. Theo cách phân loại này, sóng cơ học được chia thành ba loại: sóng ngang, sóng dọc và sóng bề mặt.

Sóng ngang

Sóng ngang là sóng trong đó các hạt di chuyển theo một hướng vuông góc với hướng di chuyển của sóng. Giả sử rằng một slinky (một loại lò xo) được kéo dài theo hướng nằm ngang trong lớp học và một xung được đưa vào slinky ở đầu bên trái bằng cách rung cuộn dây đầu tiên lên xuống. Năng lượng sẽ bắt đầu được vận chuyển từ trái sang phải. Khi năng lượng được vận chuyển từ trái sang phải, các cuộn dây riêng lẻ của môi trường sẽ được dịch chuyển lên trên và xuống dưới. Trong trường hợp này, các hạt của môi trường di chuyển vuông góc với hướng mà xung di chuyển. Loại sóng này là sóng ngang. Sóng ngang luôn được đặc trưng bởi chuyển động của hạt vuông góc với chuyển động của sóng.

Sóng dọc

Sóng dọc là sóng trong đó các hạt di chuyển theo một hướng song song với hướng di chuyển của sóng. Giả sử rằng một slinky được kéo dài theo hướng ngang trong lớp học và một xung được đưa vào slinky ở đầu bên trái bằng cách rung phần đầu bên trái và bên phải. Năng lượng sẽ bắt đầu được vận chuyển từ trái sang phải. Khi năng lượng được vận chuyển từ trái sang phải, các cuộn dây riêng lẻ của môi trường sẽ bị dịch chuyển sang trái và phải. Trong trường hợp này, các hạt của môi trường di chuyển song song với hướng mà xung di chuyển. Loại sóng này là sóng dọc. Sóng dọc luôn được đặc trưng bởi chuyển động của hạt song song với chuyển động của sóng.

Sóng bề mặt

Trong khi sóng truyền trong độ sâu của đại dương là sóng dọc, thì sóng truyền dọc theo bề mặt đại dương được gọi là sóng bề mặt. Sóng bề mặt là sóng trong đó các hạt của môi trường trải qua một chuyển động tròn. Sóng bề mặt không theo chiều dọc và chiều ngang. Trong sóng dọc và sóng ngang, tất cả các hạt trong toàn bộ môi trường di chuyển theo hướng song song và vuông góc (tương ứng) so với hướng truyền năng lượng. Trong một sóng bề mặt, chỉ có các hạt ở bề mặt của môi trường chuyển động tròn. Chuyển động của các hạt có xu hướng giảm khi cách xa trung tâm của bề mặt.

Cách phân biệt sóng ngang và sóng dọc

Các loại âm thanh khi chuyển động trong không khí đa phần là sóng dọc như giọng nói, âm thanh từ một chiếc loa. Sóng truyền qua một môi trường rắn có thể là sóng ngang hoặc sóng dọc. Tuy nhiên, sóng truyền qua phần lớn chất lỏng luôn là sóng dọc. Sóng ngang đòi hỏi một môi trường tương đối cứng để truyền năng lượng của chúng. Khi một hạt bắt đầu di chuyển, nó phải có khả năng kéo những hạt gần nhất. Nếu môi trường không cứng như trường hợp chất lỏng, các hạt sẽ trượt qua nhau. Hành động trượt này là đặc trưng của chất lỏng và chất khí ngăn không cho một hạt di chuyển khác theo hướng vuông góc với sự vận chuyển năng lượng.

Đó là lý do chúng ta chỉ quan sát được sóng dọc trong chất lỏng mà không thể thấy sự hoạt động của sóng ngang. Động đất có khả năng tạo ra cả sóng ngang và sóng dọc truyền qua các cấu trúc vững chắc của Trái đất. Khi các nhà địa chấn học nghiên cứu sóng động đất, họ nhận thấy rằng chỉ có sóng dọc mới có khả năng đi qua lõi Trái đất.

Sự khác nhau giữa sóng cơ và sóng điện từ

Điểm khác biệt dễ dàng nhận ra nhất giữa hai loại sóng này là sóng điện từ có thể truyền qua môi trường chân không, trong khi sóng cơ không thể.

Sóng điện từ

Sóng điện từ là sóng có khả năng truyền năng lượng qua môi trường chân không. Sóng điện từ được tạo ra bởi sự rung động của các hạt tích điện. Ví dụ, sóng điện từ được tạo ra trên mặt trời sau đó truyền tới Trái đất thông qua chân không ngoài vũ trụ. Nếu không có khả năng sóng điện từ truyền qua chân không, chắc chắn sẽ không có sự sống trên Trái đất.

Sóng cơ học

Sóng cơ học là sóng không có khả năng truyền năng lượng của mình qua môi trường chân không. Sóng cơ đòi hỏi một phương tiện để vận chuyển năng lượng của chúng từ vị trí này sang vị trí khác. Sóng âm là một ví dụ về sóng cơ. Sóng âm không thể truyền qua chân không. Mỗi loại sóng cơ đều cần một môi trường nhất định để tồn tại và hoạt động.

Bài tập trắc nghiệm về sóng cơ học

Câu 1: Một sóng ngang đang vận chuyển năng lượng từ đông sang tây. Các hạt của môi trường sẽ di chuyển ___.

1. chỉ từ đông sang tây.
2. cả về phía đông và phía tây.
3. chỉ từ bắc xuống nam.
4. cả phía bắc và phía nam.

Đáp án là:D vì các hạt sẽ chuyển động qua lại theo hướng vuông góc với sự vận chuyển năng lượng. Các sóng đang di chuyển về phía tây, vì vậy các hạt di chuyển về phía bắc và phía nam.

Câu 2: Một sóng đang vận chuyển năng lượng từ trái sang phải. Các hạt của môi trường đang di chuyển qua lại theo hướng trái và phải. Loại sóng này được gọi là ____.

A: Sóng ngang.

B: Sóng dọc.

C: Sóng điện từ.

D: Một loại sóng khác.

Đáp án là: A Vì các hạt đang chuyển động song song với hướng mà sóng đang di chuyển.

Câu 3: Sóng âm là sóng cơ chứ không phải sóng điện từ. Điều này có nghĩa là?

1. các hạt của môi trường di chuyển vuông góc với hướng vận chuyển năng lượng.
2. một sóng âm truyền năng lượng của nó qua chân không.
3. các hạt của môi trường thường xuyên và liên tục dao động về vị trí dừng của chúng.
4. Môi trường cần thiết để sóng âm truyền năng lượng.

Đáp án là: D Vì sóng cơ cần một môi trường nhất định để vận chuyển năng lượng. Âm thanh, giống như bất kỳ sóng cơ học nào, không thể truyền qua chân không.

Câu 4: Điều nào sau đây không phải là đặc tính của sóng cơ?

1. Chúng bao gồm các nhiễu loạn hoặc dao động của một phương tiện.
2. Chúng vận chuyển năng lượng.
3. Chúng di chuyển theo hướng vuông góc với hướng của các hạt của môi trường.
4. Chúng được tạo ra bởi một nguồn rung.

Đáp án là: C Vì đặc tính được mô tả trong câu c là một tính chất của tất cả các sóng ngang, nhưng không nhất thiết là của tất cả các sóng cơ học. Một sóng cơ học cũng có thể là dọc.

Câu 5: Thiết bị sonar trên thuyền đánh cá sử dụng âm thanh dưới nước để xác định vị trí cá. Bạn có thể mong đợi sonar là sóng dọc hoặc sóng ngang?

Đáp án là: Sóng dọc vì chỉ có sóng dọc mới có khả năng truyền qua chất lỏng như nước. Khi một sóng ngang cố gắng truyền qua nước, các hạt của môi trường trượt qua nhau và do đó ngăn cản sự chuyển động của sóng.