Khúc xạ ánh sáng là một trong những hiện tượng đặc trưng trong Vật lý. Để hiểu rõ hơn về hiện tượng khúc xạ ánh sáng là gì, cũng như định luật và công thức của hiện tượng này, mời bạn đọc cùng chúng tôi tìm hiểu ngay bài viết sau đây!
Thế nào là hiện tượng khúc xạ ánh sáng?
Ta có phát biểu định luật khúc xạ ánh sáng như sau: Khúc xạ là hiện tượng chùm tia sáng đổi phương đột ngột khi đi qua mặt phân cách giữa hai môi trường truyền ánh sáng. Còn hiện tượng khúc xạ ánh sáng là hiện tượng tia sáng được truyền từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác bị gãy khúc tại phần mặt phân cách ở giữa hai môi trường.
Ví dụ: Khi pha một cốc nước, sau đó dùng thìa khuấy bạn sẽ thấy ở mặt phân cách giữa nước và không khí phần thìa đường giống như bị gãy. Đây là một trong hiện tượng khúc xạ ánh sáng thường gặp trong thực tế.
Khúc xạ ánh sáng xảy ra do đâu?
Ánh sáng có tốc độ khoảng 299.792.678 m/s khi ở trong môi trường chân không. Khi ánh sáng được chiếu vào các môi trường khác nhau thì tốc độ của chúng sẽ thay đổi nhanh hay chậm sẽ được phụ thuộc vào từng môi trường nhất định. Có thể thấy được rằng hiện tượng khúc xạ ánh sáng là do sự thay đổi tốc độ và môi trường.
Hai yếu tố làm ảnh hưởng đến hiện tượng khúc xạ gồm:
- Thay đổi tốc độ: Một chất nếu làm cho ánh sáng tăng tốc hay chậm hơn, nó sẽ khúc xạ (uốn cong) nhiều hơn.
- Góc của tia tới: Ánh sáng khi đi vào chất ở góc lớn hơn, thì lượng khúc xạ sẽ nhiều hơn. Nếu ánh sáng đi vào môi trường có góc bằng 90° so với bề mặt thì sẽ chậm lại, nhưng sẽ không làm thay đổi hướng.
Xem thêm: Giao thoa ánh sáng đơn sắc là gì? Thí nghiệm, bài tập
Định luật khúc xạ ánh sáng
Định luật khúc xạ được phát biểu như sau:
Nhìn hình vẽ ta sẽ thấy được rằng:
- I: là điểm tới
- SI: là tia tới
- IK: là tia khúc xạ
- Đường NN’ vuông góc với mặt phân cách gọi là pháp tuyến tại điểm tới
- Góc SIK: là góc tới (kí hiệu i)
- Góc KIN’: là góc khúc xạ (được kí hiệu r)
- Mặt phẳng có chứa tia tới SI, pháp tuyến NN’: là mặt phẳng tới.
Định luật khúc xạ ánh sáng được phát biểu dựa theo các ý chính như sau:
- Tia khúc xạ luôn được nằm trong mặt phẳng tới và ở phía bên kia pháp tuyến so với tia tới. Mặt phẳng tới là mặt phẳng được tạo thành bởi tia tới và pháp tuyến.
- Với 2 môi trường trong suốt nhất định thì tỉ số giữa sin của góc tới và sin của góc khúc xạ chính là một hằng số (gọi là n)
sin i / sin r = n = const
– Nếu n > 1: môi trường khúc xạ gọi là chiết quang hơn (chiết suất lớn hơn) môi trường tới. Tia khúc xạ sẽ gần với pháp tuyến hơn so với tia tới (tia sáng bị bẻ gập vào)
– Nếu n < 1: môi trường khúc xạ gọi là chiết quan kém môi trường (có chiết suất nhỏ hơn) tới. Lúc này. tia khúc xạ xa pháp tuyến hơn so với tia tới (tia sáng bị bẻ ra ngoài)
Xem thêm: Hiện tượng cực quang là gì? Nguyên nhân và đặc điểm
Chiết suất của môi trường
Chiết suất tỉ đối
Chiết suất tỉ đối giữa 2 môi trường bất kỳ sẽ được xác định bằng công thức như sau:
n21 = n2 / n1
sin i / sin r = n21
hay n1 . sin i = n2 . sin r
và n1 / sin r = n2 / sin i
Trong đó:
- n21: chính là chiết suất tỉ đối của môi trường 2 với môi trường 1
- n1: là chiết suất tuyệt đối của môi trường 1
- n2: là chiết suất tuyệt đối của môi trường thứ 2
- sin i: sin góc tới
- sin r: sin góc khúc xạ.
Nếu góc tới < 10 độ thì sin i.
Xem thêm: Tia UV là gì? Lợi ích và tác hại của tia UV với làn da
Chiết suất tuyệt đối
Chiết suất tuyệt đối chính là chiết suất tỉ đối của môi trường đó với chân không (có độ lớn = 1), xác định bằng công thức khúc xạ ánh sáng như sau:
n = c / v
Trong đó:
- n: là chiết suất tuyệt đối ở môi trường đang xét
- c: là tốc độ truyền ánh sáng trong chân không, có giá trị c = 3.10^18 m/s
- v: là tốc độ truyền ánh sáng ở trong môi trường đang xét (đơn vị m/s)
Bởi tốc độ của ánh sáng truyền đi trong các môi trường luôn nhỏ hơn tốc độ truyền ánh sáng trong môi trường chân không (không có vật thể cản trở), vì thế mà v luôn nhỏ hơn c, chiết suất tuyệt đối của mọi chất đều >1.
Tính thuận nghịch của sự khúc xạ ánh sáng
Một tia sáng khi đi từ không khí vào nước, khúc xạ tại mặt phân cách. Nếu đảo chiều ánh sáng để ánh sáng đi từ nước ra không khí, thì tia tới lại là RI, tia khúc xạ khi đó là IS. Vậy ánh sáng truyền đi theo đường nào thì cũng sẽ được truyền ngược lại theo đường đó.
Đây là tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng, tính thuật nghịch này cũng biểu hiện sự truyền thẳng, sự phản xạ. Qua tính chất này ta có công thức về sự tỉ lệ nghịch giữa 2 chiết suất tỉ đối:
n12 = 1 / n21
Xem thêm: Hiện tượng khuếch tán là gì, xảy ra khi nào? Cơ chế khuếch tán là gì?
Hiện tượng khúc xạ ánh sáng được ứng dụng như thế nào?
Hiện tượng khúc xạ ánh sáng giúp chúng ta giải thích được hiện tượng kỳ thú trong tự nhiên, đó là hiện tượng bầu trời đêm đầy sao lấp lánh. Ban đêm khi nhìn lên trời chúng ta thấy được các vì sao lấp lánh bởi ánh sáng từ các ngôi sao bị khúc xạ, gãy khúc nhiều lần khi truyền từ không gian ngoài bầu khí quyển vào bầu khí quyển của trái đất. Nên các tia sáng không tụ lại mà tỏa ra, đó là lý do vì sao mà các vì sao trở nên lấp lánh, lung linh.
Hay một ví dụ khác trong đánh bắt, người đánh cá khi dùng lao phóng cá dưới nước, họ sẽ không phóng trực tiếp vào con cá, thay vào đó lại ngắm vào chỗ hơi xa hơn. Hình ảnh con cá mà ta thấy trên nước chính là tia sáng bị gấp khúc đổi hướng, cho nên mắt thường không thể nhận thấy được vị trí thật của cá. Người có kinh nghiệm sẽ phóng lao xa hơn so với hình ảnh thấy được.
Hiện tượng khúc xạ ánh sáng hiện nay còn được ứng dụng để nhằm tạo ra nhiều thiết bị khác nhau ở trong các ngành khoa học như:
- Thấu kính: Đây là dụng cụ có 1 khối cong bằng thủy tinh hay nhựa. Nó được chia thành nhiều loại như: Kính lúp, thấu kính hội tụ, thấu kính phân kì.
- Lăng kính: Nhà bác học Isaac Newton đã có 1 thí nghiệm rất nổi tiếng với một khối thủy tinh hình tam giác, chúng được gọi là lăng kính. Ông cho ánh sáng mặt trời chiếu xuyên qua cửa sổ nhằm tạo thành dài màu về phía đối diện căn phòng.
Bên cạnh đó, hiện tượng khúc xạ ánh sáng còn giúp chúng ta phát minh ra kính hiển vi, kính thiên văn, cùng nhiều lĩnh vực khác ở trong đời sống xã hội. Hiện tượng này còn giúp con người quan sát được nhiều vật thể với kích thước nhỏ như các tế bào, vi khuẩn… ứng dụng trong việc phát hiện được nhiều hành tinh trong vũ trụ.
Xem thêm: Hiện tượng giao thoa ánh sáng là gì? Công thức, ví dụ bài tập
Như vậy, qua bài viết này chúng ta đã trả lời được cho câu hỏi hiện tượng khúc xạ ánh sáng là gì, cũng như những điều cơ bản cần biết về hiện tượng này như thế nào. Hy vọng đây là những thông tin thật sự hữu ích và cần thiết đối với bạn đọc.
