Giải thích các kiến thức liên quan đến hiện tượng khúc xạ ánh sáng
Hiện tượng khúc xạ ánh sáng là gì?
Khúc xạ là thuật ngữ được sử dụng để chỉ hiện tượng ánh sáng đổi hướng khi đi qua một mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt có chiết khấu khác nhau.
Để hiểu rõ hơn về hiện tượng khúc xạ ánh sáng thì dưới đây chúng ta sẽ đưa ra một ví dụ thể hiện rõ nhất tính chất của hiện tượng này.
Ví dụ về hiện tượng khúc xạ ánh sáng
Ví dụ: Lấy một chiếc cốc thủy tinh chứa đầy nước sau đó đặt một chiếc ống hút nằm nghiêng vào bên trong cốc nước. Quan sát ta sẽ thấy phần ánh sáng phản xạ truyền từ ống hút không còn được truyền thẳng mà đã bị gãy khúc tại mặt phân cách giữa hai môi trường là không khí và chất lỏng. Chính bởi điều này mà khi đặt ống hút vào cốc nước và quan sát ta lại nhìn thấy chiếc ống hút dường như đã bị nghiêng đi một phần.
Giải thích hiện tượng:
Mắt ta có thể quan sát được mọi vật là nhờ có ánh sáng và ánh sáng thì luôn truyền theo một đường thẳng. Khi ta nhìn một vật (không phải là nguồn sáng) mà ánh sáng từ nguồn sáng phát ra chiếu đến vật đó thì tùy thuộc vào góc độ, màu sắc của nguồn sáng mà mắt ta sẽ quan sát được những hình dạng khác nhau của vật cần quan sát.
Một ví dụ khác về sự khúc xạ ánh sáng của một vật
Định nghĩa hiện tượng
Hiện tượng này chính là ví dụ điển hình của hiện tượng khúc xạ ánh sáng.
Như vậy hiện tượng khúc xạ ánh sáng là hiện tượng tia sáng truyền từ môi trường trong suốt này sáng môi trường trong suốt khác và bị gãy khúc khi truyền xiên góc tại mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.
Chiết suất là gì?
Chiết suất theo định nghĩa Vật Lý là tỉ số giữa tốc độ ánh sáng trong chân không và tốc độ pha của bức xạ điện từ trong vật liệu. Chiết suất này thường được ký hiệu là n. Vận tốc của ánh sáng khi nó lan truyền qua vật liệu trong suốt như thủy tinh hoặc không khí thường nhỏ hơn c. Tỷ số giữa c và vận tốc v của ánh sáng truyền qua vật liệu sẽ được gọi là chỉ số chiết suất n của vật liệu.
Chiết suất tuyệt đối n
Chiết suất tuyệt đối của môi trường chính là một đại lượng vật lý và nó được xác định bằng biểu thức:
Trong đó:
- n: là chiết suất của môi trường
- c: là tốc độ của ánh sáng trong chân không
- v: là tốc độ ánh sáng truyền trong môi trường xét.
Vận tốc của ánh sáng khi truyền qua vật liệu trong suốt
Chiết suất tỉ đối
Chiết suất tỉ đối giữa hai môi trường bất kỳ sẽ được xác định bằng biểu thức:
Trong đó:
- n21: là chiết suất tỉ đối tại môi trường 2 đối với môi trường 1
- n1: là chiết suất tuyệt đối môi trường 1
- n2: là chiết suất tuyệt đối môi trường 2.
Do chiết suất của các môi trường là khác nhau nên tốc độ truyền ánh sáng trong môi trường cũng khác nhau.Theo nguyên lý Huyghen thì khi đến mặt phân cách giữa của các môi trường trong suốt theo phương xiên góc, vận tốc của ánh sáng bị thay đổi đột ngột khiến cho tia sáng bị đổi hướng và gây ra hiện tượng khúc xạ ánh sáng. Trường hợp ánh sáng truyền thẳng góc với môi trường trong suốt thì sẽ không xảy ra hiện tượng khúc xạ ánh sáng.
Định luật khúc xạ ánh sáng
Hiện tượng khúc xạ ánh sáng
Trường hợp ánh sáng đổi hướng khi đi qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt có chiết suất khác nhau sẽ được tính theo công thức đặc trưng của hiện tượng khúc xạ. Định luật này được gọi là định luật khúc xạ ánh sáng hay còn gọi là định luật Snell.
Định luật này có dạng:
Trong đó:
- i là góc giữa tia sáng đi từ môi trường 1 đến mặt phẳng phân cách và pháp tuyến của mặt phẳng phân cách 2 môi trường.
- r là góc giữa tia sáng đi từ mặt phân cách đến môi trường 2 và pháp tuyến của mặt phẳng phân cách hai môi trường.
- n1 chính là chiết suất của môi trường 1.
- n2 sẽ là chiết suất của môi trường 2.
Căn cứ theo định luật khúc xạ ánh sáng:
- Tia khúc xạ sẽ nằm trong mặt phẳng tới ở phía bên kia pháp tuyến so với tia tới.
- Với hai môi trường trong suốt nhất định thì tỉ số giữa sin góc tới i và sin góc khúc xạ luôn luôn không đổi.
Lưu ý: Nếu góc nhỏ chưa tới 10º thì n1.i=n2.r.
- Tia sáng truyền vuông góc với mặt phân cách truyền thẳng sẽ không bị gãy khúc.
Sự khúc xạ của tia sáng khi được truyền từ nước sang không khí và ngược lại
Thí nghiệm khúc xạ ánh sáng trong môi trường nước và không khí
Khi tia sáng truyền từ không khí sang môi trường nước thì:
- Tia khúc xạ sẽ nằm trong mặt phẳng tới
- Góc khúc xạ sẽ nhỏ hơn góc tới
Khi tia sáng được truyền từ nước sang không khí
- Tia khúc xạ sẽ nằm trong mặt phẳng tới
- Góc khúc xạ thường sẽ lớn hơn góc tới
Ứng dụng của hiện tượng khúc xạ ánh sáng là gì?
Trong thời kỳ đầu khi mà ngành Thiên văn học mới phát minh ra kính thiên Văn thì việc quan sát các vật thể ở xa bị ảnh hưởng rất nhiều bởi hiện tượng khúc xạ ánh sáng truyền từ không gian xuyên qua bầu khí quyển vào Trái Đất. Nhờ định luật khúc xạ mà các nhà Vật lý thiên văn đã có thể vi chỉnh được các ống kính thiên văn giúp quan sát hình ảnh một cách rõ nét hơn.
Ngày nay để loại bỏ hoàn toàn hiện tượng khúc xạ ánh sáng thì các nhà khoa học đã đặt hẳn một chiếc kính thiên văn ngoài không gian.
Từ lý thuyết khúc xạ ánh sáng mà chúng ta có thể giải thích được vì sao khi nhìn lên bầu trời đêm lại quan sát được những ngôi sao lấp lánh. Bởi vào những buổi đêm khi mà nhìn lên trời tối bạn sẽ thấy được ánh sáng từ các ngôi sao bị khúc xạ nhiều lần khi truyền đi từ không gian và xuyên qua bầu khí quyển của Trái Đất.
Trên đây là toàn bộ thông tin bài viết giải thích về hiện tượng khúc xạ ánh sáng và các kiến thức có liên quan. Hy vọng những chia sẻ tại bài viết sẽ cung cấp cho bạn đọc các kiến thức bổ ích và thú vị nhất phục vụ cho học tập.
Xem thêm:
- Công suất tiêu thụ – công suất hao phí là gì?
- Trọng lực là gì? Bộ cảm biến trọng lực là gì?
- Phản ứng xà phòng hóa là gì? Các loại phản ứng xà phòng hóa
- Phản ứng tráng gương của anđehit, glucozơ, este, axit fomic
- Thế năng đàn hồi là gì? Công thức tính thế năng đàn hồi
