Hiện tượng xảy ra khi tia sáng truyền từ không khí tới mặt phân cách giữa không khí và nước là một chủ đề quan trọng trong quang học. Để hiểu rõ hơn, chúng ta sẽ xem xét các yếu tố ảnh hưởng và hiện tượng xảy ra.
Khúc xạ ánh sáng là gì?
Khi tia sáng truyền từ không khí (môi trường có chiết suất thấp) vào nước (môi trường có chiết suất cao), nó sẽ bị khúc xạ. Khúc xạ là hiện tượng tia sáng bị đổi hướng khi truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt có chiết suất khác nhau.
Quy luật khúc xạ ánh sáng được mô tả như sau:
- Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới (mặt phẳng chứa tia tới và pháp tuyến của mặt phân cách tại điểm tới).
- Tia khúc xạ và tia tới nằm ở hai bên pháp tuyến.
- Góc khúc xạ (góc tạo bởi tia khúc xạ và pháp tuyến) nhỏ hơn góc tới (góc tạo bởi tia tới và pháp tuyến).
Hình ảnh minh họa tia sáng bị khúc xạ khi truyền từ môi trường không khí vào môi trường nước. Tia khúc xạ lệch về phía pháp tuyến.
Góc tới và góc khúc xạ
Góc tới (i) là góc tạo bởi tia tới và đường pháp tuyến tại điểm tới trên mặt phân cách. Góc khúc xạ (r) là góc tạo bởi tia khúc xạ và đường pháp tuyến. Mối quan hệ giữa góc tới và góc khúc xạ được mô tả bằng định luật Snell:
n1 * sin(i) = n2 * sin(r)
Trong đó:
- n1 là chiết suất của môi trường tới (không khí).
- n2 là chiết suất của môi trường khúc xạ (nước).
- i là góc tới.
- r là góc khúc xạ.
Vì chiết suất của nước lớn hơn chiết suất của không khí (nước ≈ 1.33, không khí ≈ 1), khi tia sáng truyền từ không khí vào nước, góc khúc xạ sẽ nhỏ hơn góc tới. Điều này có nghĩa là tia sáng sẽ bị “bẻ cong” lại gần pháp tuyến hơn.
Hình ảnh mô tả chi tiết đường đi của tia sáng khi truyền từ không khí vào nước, thể hiện rõ góc tới lớn hơn góc khúc xạ.
Hiện tượng phản xạ
Ngoài khúc xạ, một phần ánh sáng cũng bị phản xạ trở lại môi trường không khí tại mặt phân cách. Lượng ánh sáng bị phản xạ phụ thuộc vào góc tới và sự khác biệt về chiết suất giữa hai môi trường. Góc phản xạ bằng góc tới.
Ứng dụng thực tế
Hiện tượng khúc xạ ánh sáng có nhiều ứng dụng trong đời sống và kỹ thuật, ví dụ như:
- Thấu kính: Thấu kính hội tụ và phân kỳ sử dụng hiện tượng khúc xạ để hội tụ hoặc phân tán ánh sáng, được ứng dụng trong kính cận, kính viễn, kính lúp, máy ảnh, và nhiều thiết bị quang học khác.
- Lăng kính: Lăng kính sử dụng khúc xạ để phân tách ánh sáng trắng thành các màu sắc khác nhau, tạo ra cầu vồng nhân tạo.
- Sự nhìn thấy vật dưới nước: Do khúc xạ ánh sáng, các vật thể dưới nước có vẻ ở vị trí khác so với thực tế.
Hiểu rõ hiện tượng khi tia sáng truyền từ không khí tới mặt phân cách giữa không khí và nước giúp chúng ta giải thích được nhiều hiện tượng tự nhiên và ứng dụng công nghệ trong cuộc sống hàng ngày.
