Hiện tượng khúc xạ ánh sáng là gì ?

Khúc xạ hay khúc xạ ánh sáng là một trong những hiện tượng vật lý thú vị  mà các bạn thường xuyên gặp trong đời thực. Ví dụ như cầu vồng xuất hiện sau mưa, chiếc đũa bị cong khi được bỏ vào trong ly nước…Vậy khúc xạ là gì? Nguyên nhân nào gây ra những hiện tượng như trên. Chúng ta hãy cùng tìm hiểu nhé!

khuc-xa-la-gi

Hiện tượng khúc xạ ánh sáng

Khúc xạ là gì? 

Khúc xạ hay còn gọi là khúc xạ ánh sáng chính là sự uốn cong của sóng khi bị truyền từ môi trường này sang môi trường khác. Khúc xạ biểu thị sự thay đổi vận tốc hoặc tốc độ của sóng. Là sự bẻ cong ánh sáng (hiện tượng này cũng xảy ra với âm thanh, nước và các sóng khác) khi truyền từ môi trường này sang môi trường khác.

Sự uốn cong này giúp các nhà khoa học phát minh ra các loại như thấu kính, kính lúp, lăng kính. Ngay cả chính đôi mắt của mỗi chúng ta cũng phụ thuộc vào hiện tượng này. Nếu không có khúc xạ thì chúng ta sẽ không thể tập trung ánh sáng khi nhìn vào võng mạc được.

khuc-xa-la-gi-2020

Hình ảnh minh họa cho hiện tượng khúc xạ ánh sáng

Mở rộng ra thì đây là hiện tượng đổi hướng đường đi của các bức xạ điện từ, hay các sóng nói chung, khi được lan truyền trong môi trường không đồng nhất. Hiện tượng này được giải thích bằng việc bảo toàn năng lượng và bảo toàn động lượng. Do sự thay đổi trong môi trường, vận tốc pha của sóng thay đổi nhưng tần số của nó lại không thay đổi. Điều này được quan sát thấy nhiều nhất là khi một sóng chuyển từ môi trường này sang môi trường khác ở bất kỳ góc nào khác 0°C so với pháp tuyến. Sự khúc xạ ánh sáng là hiện tượng quan sát chúng ta thường thấy nhất, và bất cứ loại sóng nào cũng có thể khúc xạ khi nó tương tác với môi trường, ví dụ khi sóng âm được truyền từ môi trường này sang môi trường khác hoặc khi các sóng nước di chuyển xuống ở độ sâu khác nhau.

khai-niem-khuc-xa-la-gi

Tìm hiểu về hiện tượng khúc xạ

>>> Có thể bạn quan tâm: Bức xạ nhiệt là gì ?

Nguyên nhân nào gây nên hiện tượng khúc xạ?

Có 2 nguyên nhân gây nên hiện tượng khúc xạ ánh sáng như sau:

– Do thay đổi tốc độ: Nếu một chất khiến cho ánh sáng tăng tốc hoặc chậm hơn thì nó sẽ khúc xạ ( tức uốn cong) nhiều hơn.

– Thứ 2 do góc của tia tới: Nếu ánh sáng đi vào ở góc lớn hơn, lượng khúc xạ ánh sáng cũng sẽ nhiều hơn. Mặt khác, nếu ánh sáng đi vào môi trường có góc bằng 90° so với bề mặt pháp tuyến thì ánh sáng sẽ chậm lại nhưng nó không hề thay đổi hướng.

Các chỉ số khúc xạ của một số chất trong suốt như sau:

– Không khí có chỉ số khúc xạ 1.

– Nước có chỉ số khúc xạ bằng 1.33.

– Ly thủy tinh có chỉ số khúc xạ bằng 1.5.

– Kim cương có chỉ số khúc xạ bằng 2.4.

– Rượu etylic có chỉ số khúc xạ bằng 1.362.

y-nghia-khuc-xa-la-gi

Chỉ số khúc xạ của kim cương là 2.4

Công thức tính chỉ số khúc xạ ánh sáng

Chỉ số khúc xạ (n) trong môi trường là tỷ lệ giữa tốc độ ánh sáng ở chân không (c) với tốc độ ánh sáng có trong môi trường đó (v). Do đó, n có thể được tính bằng công thức như sau:

  n = c/v

Trong đó:

– C là tốc độ ánh sáng có trong không khí

– V là tốc độ ánh sáng ở trong môi trường đang xét

– N là chiết suất môi trường đang xét

Điều này có nghĩa rằng chỉ số khúc xạ của môi trường càng cao thì tốc độ ánh sáng xuyên qua nó sẽ càng chậm. Đồng nghĩa với việc là mật độ quang của môi trường tăng lên khi chỉ số khúc xạ của nó tăng lên.

Ngoài ra chỉ số khúc xạ còn được tính bằng công thức dưới đây:

n = sin i/sin r

Trong đó sin i chính là góc tới, còn sin r chính là góc khúc xạ.

khuc-xa-la-the-nao

Công thức tính hiện tượng khúc xạ ánh sáng

ỨNG DỤNG CỦA HIỆN TƯỢNG KHÚC XẠ ÁNH SÁNG

Hiện tượng này là nền tảng để các nhà khoa học tạo ra nhiều loại thấu kính, lăng kính nhằm phục vụ cho nhiều ngành khoa học.

Thấu kính: Một thấu kính  đơn giản là một khối cong bằng thủy tinh hoặc nhựa. Có nhiều loại thấu kính bao gồm:

+ Kính lúp: Là loại kính đơn giản nhất, giúp quan sát được các vật có kích thước nhỏ mà mắt thường khó quan sát được

+ Thấu kính hội tụ: Mỗi một tia sáng đi vào một thấu kính hội tụ (lồi) khúc xạ vào bên trong khi nó đi vào trong thấu kính và đi vào lại khi nó rời đi. Những khúc xạ này khiến cho các tia sáng song song lan ra, truyền trực tiếp ra khỏi tiêu điểm tưởng tượng.

+ Thấu kính phân kỳ: Mỗi một  tia sáng đi vào một thấu kính phân kì khúc xạ ra bên ngoài khi nó đi vào trong thấu kính và hướng ra ngoài một lần nữa khi nó chuẩn bị rời đi. Các khúc xạ này làm cho các tia sáng song song lan ra ngoài, truyền trực tiếp ra khỏi tiêu điểm tưởng tượng.

hien-tuong-khuc-xa

Ứng dụng của hiện tượng khúc xạ ánh sáng

Lăng kính: Isaac Newton đã thực hiện một thí nghiệm nổi tiếng khi ông sử dụng một khối thủy tinh hình tam giác gọi là lăng kính. Ông dùng ánh sáng mặt trời chiếu xuyên qua cửa sổ để tạo ra một dải màu về phía đối diện căn phòng.

Thí nghiệm này cho thấy ánh sáng trắng thực sự được tạo ra từ các màu sắc của cầu vồng. Bảy màu gồm: đỏ, cam, vàng, xanh lá cây, xanh dương, chàm và tím.

Ví dụ về câu hỏi giải thích hiện tượng khúc xạ ánh sáng:

Câu hỏi: Tại sao người đánh cá dùng lao phóng cá dưới nước lại không phóng trực tiếp vào con cá mà lại nhắm vào chỗ xa hơn?

Trả lời: Hình ảnh mà ta nhìn thấy cá dưới  nước chính là tia sáng bị gấp khúc và bị đổi hướng. Như vậy mắt thường không thể nhận biết chính xác vì thế mà vị trí của cá thật sẽ khiến dễ bị nhầm tưởng. Vị trí của cá dưới nước và hình ảnh mắt thường nhìn thấy là hoàn toàn khác nhau. Người có kinh nghiệm họ sẽ không phòng lao trực tiếp  vào con cá vì đó chỉ là ảnh ảo của cá. 

the-nao-la-khuc-xa

Ví dụ thực tế để giải đáp hiện tượng khúc xạ ánh sáng

Chúng ta đã cùng nhau tìm hiểu về hiện tượng khúc xạ ánh sáng là gì? Những kiến thức về hiện tượng khúc xạ ánh sáng cũng như ứng khúc xạ ánh sáng hy vọng sẽ giúp chúng ta hiểu hơn về vấn đề này.