Khúc xạ ánh sáng là hiện tượng xảy ra rất nhiều trong cuộc sống. Có thể nói sự khúc xạ ánh sáng là một trong những hiện tượng vật lý thú vị nhất mà các bạn thường xuyên gặp trong đời thực. Vậy thì hiện tượng khúc xạ ánh sáng là gì? Nguyên nhân gây ra hiện tượng này và các ứng dụng của nó trong thực tế? Hãy cùng Palada.vn tìm hiểu nhé.
Tóm tắt
Khúc xạ ánh sáng là gì?
Khúc xạ ánh sáng là sự đổi hướng đi của sóng khi truyền từ môi trường này sang môi trường khác. Khúc xạ biểu thị sự thay đổi vận tốc của sóng thể hiện ở sự bẻ cong ánh sáng (nó cũng xảy ra với cả âm thanh, nước và sóng khác nói chung) khi truyền từ môi trường này sang môi trường khác.
Sự bẻ cong này giúp chúng ta phát minh ra các loại thấu kính, kính lúp, lăng kính. Ngay cả đôi mắt của chúng ta cũng bị ảnh hưởng bởi hiện tượng này. Nếu không có hiện tượng khúc xạ, chúng ta sẽ không thể tập trung ánh sáng vào võng mạc được.
Nguyên nhân hiện tượng khúc xạ ánh sáng
Như ta đã biết thì ánh sáng có tốc độ khoảng 299.792.678 m/s ở trong môi trường chân không. Nhưng khi được chiếu vào những môi trường khác nhau thì tốc độ ánh sáng sẽ thay đổi, có thể nhanh hay chậm phụ thuộc vào từng môi trường nhất định. Nguyên nhân gây ra sự khúc xạ ánh sáng là ánh sáng đột ngột thay đổi tốc độ và môi trường.
Quầng mặt trời – Hiện tượng cầu vồng tròn quanh mặt trời là gì?
2 yếu tố ảnh hưởng đến hiện tượng khúc xạ ánh sáng gồm:
– Thay đổi tốc độ: Nếu một chất làm cho ánh sáng tăng tốc độ hoặc chậm hơn, nó sẽ khúc xạ nhiều hơn.
– Góc của tia tới: Nếu ánh sáng đi vào môi trường ở góc lớn hơn, độ khúc xạ cũng sẽ nhiều hơn. Còn nếu ánh sáng đi vào môi trường có góc bằng 90° so với bề mặt thì ánh sáng vẫn sẽ chậm lại, nhưng nó sẽ không thay đổi hướng.
Dưới đây là chỉ số khúc xạ của một số chất trong suốt
– Không khí: 1.
– Nước: 1.33.
– Rượu etylic: 1.362.
– Ly thủy tinh: 1.5.
– Kim cương: 2.4.
Định luật khúc xạ ánh sáng
Giải thích một số ký hiệu:
I: điểm tới
SI: tia tới
N’IN: pháp tuyến mặt phân cách
IR: tia khúc xạ
i: góc tới
r: góc khúc xạ
Nội dung của định luật:
Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới (là mặt phẳng tạo bởi tia tới và pháp tuyến) và ở bên kia pháp tuyến so với tia tới.
Với hai môi trường có độ trong suốt nhất định, tỉ số giữa sin của góc tới (sin i) và sin của góc khúc xạ (sin r) sẽ luôn không đổi, theo công thức sau:
Sin i/sin r là hằng số
Công thức tính chỉ số khúc xạ
Chỉ số khúc xạ (kí hiệu n) của môi trường là tỷ lệ giữa tốc độ ánh sáng trong chân không (kí hiệu c) với tốc độ ánh sáng trong môi trường đó (kí hiệu v). Do đó, chỉ số khúc xạ n có thể được tính bằng công thức:
n = c/v
Điều này có nghĩa rằng chỉ số khúc xạ n của một môi trường càng cao thì tốc độ ánh sáng xuyên qua nó càng chậm. Điều này cũng đồng nghĩa là mật độ quang của môi trường tăng khi chỉ số khúc xạ n của nó tăng.
Ngoài ra chỉ số khúc xạ n còn được tính bằng công thức sau:
n = sin i/sin r
Trong đó sin i gọi là góc tới, còn sin r gọi là góc khúc xạ.
Ứng dụng hiện tượng khúc xạ ánh sáng
Hiện tượng khúc xạ ánh sáng này là cơ sở để các nhà khoa học tạo ra nhiều loại thấu kính, lăng kính phục vụ cho các ngành khoa học khác nhau.
Thấu kính
Một thấu kính đơn giản là một khối cong bằng thủy tinh hoặc bằng nhựa. Có nhiều loại thấu kính đó là:
– Kính lúp: Là loại thấu kính mà chúng ta thường gặp nhất, giúp quan sát các vật kích thước nhỏ mà mắt thường khó có thể quan sát được.
– Thấu kính hội tụ: Mỗi tia sáng đi vào một thấu kính hội tụ (thấu kính lồi) khúc xạ vào bên trong khi nó đi vào thấu kính. Những khúc xạ này làm cho các tia sáng song song lan ra, truyền trực tiếp ra khỏi một tiêu điểm trong tưởng tượng.
– Thấu kính phân kỳ: Thường gặp dưới dạng kính cho người bị cận. Mỗi tia sáng đi vào một thấu kính phân kỳ sẽ khúc xạ ra bên ngoài khi nó đi vào và hướng ra ngoài thêm một lần nữa khi nó rời đi. Những khúc xạ này làm cho các tia sáng song song lan ra và truyền trực tiếp ra khỏi một tiêu điểm trong tưởng tượng.
Lăng kính
Isaac Newton đã thực hiện một thí nghiệm nổi tiếng đó là ông sử dụng một khối thủy tinh hình tam giác gọi là lăng kính. Nhà bác học sử dụng ánh sáng mặt trời chiếu xuyên qua cửa sổ tạo ra một dải màu ở phía đối diện căn phòng.
Thí nghiệm này cho thấy ánh sáng trắng thực sự là được tạo ra từ tất cả các màu sắc của cầu vồng. Bảy màu này gồm: đỏ, cam, vàng, xanh lá cây (lục), xanh dương (lam), chàm và tím.
Newton chỉ ra rằng mỗi màu này không thể biến thành các màu khác. Ông cũng cho thấy chúng có thể được kết hợp lại để tạo thành ánh sáng trắng một lần nữa.
Giải thích cho các màu tách ra đó chính là ánh sáng được tạo thành từ sóng. Ánh sáng đỏ thì có bước sóng dài hơn ánh sáng tím. Chỉ số khúc xạ n của ánh sáng đỏ trong thủy tinh cũng hơi khác so với ánh sáng tím. Ánh sáng tím chậm hơn so với ánh sáng đỏ, vì vậy nó sẽ bị khúc xạ ở một góc lớn hơn.
Hiện tượng khúc xạ ánh sáng này cũng đã giúp chúng ta phát minh ra kính hiển vi, kính thiên văn… giúp con người quan sát được nhiều vật thể có kích thước vô cùng nhỏ như các tế bào, vi khuẩn… Thậm chí là phát hiện nhiều hành tinh trong vũ trụ.
Câu hỏi về khúc xạ ánh sáng
Hỏi: Khi cắm 1 thanh que thẳng trong một cốc nước, thanh đó không còn hình dạng thẳng mà nghiêng góc khác? Khi rút ống ra khỏi cốc, chúng ta không còn thấy hiện tượng trên. Giải thích?
Trả lời: Khi cắm que xuống nước, ánh sáng bị khúc xạ khi qua nước, tạo ảo giác vật trong nước bị gãy khúc và méo mó. Sóng ánh sáng truyền đến hai mặt (trước và sau) cốc bị lệch nhiều hơn so với sóng đến từ chính giữa cốc, khiến hình ảnh trong nước và hình ảnh thực tế là khác nhau.
Hỏi: Ta nhìn thấy bầu trời ban đêm với các vì sao đang tỏa sáng? Tại sao lại có hiện tượng đó?
Buổi tối nếu không có mây ta nhìn lên bầu trời thấy nhiều ngôi sao đang tỏa sáng đó là do các ngôi sao này tỏa ra ánh sáng. Ánh sáng truyền đi lại bị khúc xạ từ không gian truyền đến bầu khí quyển sau đó mới đến mắt nhìn nên ta nhìn thấy các ngôi sao đang tỏa sáng.
Hỏi: Tại sao người bắt cá dùng lao phóng cá dưới nước không phóng trực tiếp vào con cá mà lại nhắm vào chỗ hơi xa hơn?
Trả lời: Hình ảnh mà ta nhìn thấy của con cá trong nước chính là tia sáng bị khúc xạ đổi hướng. Như vậy mắt thường không thể nhận biết vị trí của cá thật mà dễ bị nhầm tưởng. Vị trí của cá trong nước và hình ảnh mắt thường nhìn thấy là khác nhau. Người có kinh nghiệm sẽ không phòng lao vào con cá vì đó chỉ là ảnh được tạo ra của cá. Nếu phóng vào chỗ xa hơn thì có khả năng sẽ trúng.
Trên đây là những kiến thức về hiện tượng khúc xạ ánh sáng là gì mà Palada.vn muốn chia sẻ với các bạn. Nếu thấy bài viết này hữu ích, hãy chia sẻ cho mọi người cùng biết với nhé.
