SỰ KHÚC XẠ ÁNH SÁNG: CÁC NGUYÊN TỐ, ĐỊNH LUẬT VÀ THÍ NGHIỆM - VẬT LÝ - 2025

Hiện tượng khúc xạ ánh sáng là hiện tượng quang học xảy ra khi ánh sáng chiếu xiên tới mặt phân cách của hai môi trường có chiết suất khác nhau. Khi điều này xảy ra, ánh sáng sẽ thay đổi hướng và tốc độ.

Hiện tượng khúc xạ xảy ra, ví dụ, khi ánh sáng truyền từ không khí sang nước, vì ánh sáng này có chiết suất thấp hơn. Đó là một hiện tượng hoàn toàn có thể được đánh giá cao trong hồ bơi, khi quan sát hình dạng của cơ thể dưới nước dường như lệch khỏi hướng mà chúng nên có.

Atoma

Đó là một hiện tượng ảnh hưởng đến các loại sóng khác nhau, mặc dù trường hợp ánh sáng là đại diện nhất và là sóng có mặt nhiều nhất trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta.

Lời giải thích cho sự khúc xạ ánh sáng được đưa ra bởi nhà vật lý người Hà Lan Willebrord Snell van Royen, người đã thiết lập một định luật để giải thích nó được gọi là Định luật Snell.

Một nhà khoa học khác đặc biệt chú ý đến hiện tượng khúc xạ ánh sáng là Isaac Newton. Để nghiên cứu nó, ông đã tạo ra lăng kính thủy tinh nổi tiếng. Trong lăng kính, ánh sáng xuyên qua một trong các mặt của nó, khúc xạ và phân hủy thành các màu khác nhau. Bằng cách này, thông qua hiện tượng khúc xạ ánh sáng, ông đã chứng minh rằng ánh sáng trắng bao gồm tất cả các màu của cầu vồng.

Các yếu tố khúc xạ

Các yếu tố chính cần được xem xét khi nghiên cứu sự khúc xạ ánh sáng là: - Tia tới, là tia rơi xiên trên bề mặt phân cách của hai môi trường vật chất. - Tia khúc xạ, là tia truyền qua môi trường, phương và tốc độ của nó biến đổi. -Đường pháp tuyến, là đường tưởng tượng vuông góc với mặt phân cách của hai môi trường. - Góc tới (i), được xác định là góc tạo bởi tia tới với pháp tuyến. - Góc khúc xạ (r), được xác định là góc tạo bởi pháp tuyến với tia khúc xạ.

-Ngoài ra, chiết suất (n) của một môi trường cũng phải được xét đến, là thương số của tốc độ ánh sáng trong chân không và tốc độ ánh sáng trong môi trường.

n = c / v

Về vấn đề này, cần nhớ rằng tốc độ ánh sáng trong chân không nhận giá trị 300.000.000 m / s.

Chỉ số khúc xạ của ánh sáng trong các phương tiện khác nhau

Chiết suất của ánh sáng trong một số phương tiện phổ biến nhất là:

Định luật khúc xạ

Định luật Snell thường được gọi là định luật khúc xạ, nhưng sự thật là có thể nói có hai định luật khúc xạ.

Định luật khúc xạ đầu tiên

Tia tới, tia khúc xạ và pháp tuyến nằm trong cùng một mặt phẳng không gian. Trong định luật này, cũng do Snell suy ra, phản xạ cũng được áp dụng.

Định luật khúc xạ thứ hai

Định luật thứ hai, định luật khúc xạ hoặc định luật Snell, được xác định bằng biểu thức sau:

n ₁ sin i = n ₂ sin r

Trong đó n _{1 là} chiết suất của môi trường mà ánh sáng tới; i góc tới; n ₂ chiết suất của môi trường mà ánh sáng bị khúc xạ; r là góc khúc xạ.

Josell7

Nguyên lý Fermat

Từ nguyên lý thời gian cực tiểu hay nguyên lý Fermat, có thể suy ra được cả định luật phản xạ và định luật khúc xạ mà chúng ta vừa xem.

Nguyên tắc này nói rằng đường đi thực của một tia sáng di chuyển giữa hai điểm trong không gian là đường đi cần ít thời gian nhất.

Hệ quả của định luật Snell

Một số hệ quả trực tiếp được suy ra từ biểu thức trước là:

a) Nếu n ₂ > n ₁ ; sin r <sin io để r <i

Vì vậy khi một tia sáng truyền từ môi trường có chiết suất thấp hơn sang môi trường có chiết suất cao hơn thì tia khúc xạ tiến tới pháp tuyến.

b) Nếu n2 <n ₁ ; sin r> sin io let r> i

Vì vậy khi một tia sáng truyền từ môi trường có chiết suất cao hơn sang môi trường có chiết suất thấp hơn thì tia khúc xạ đi ra xa pháp tuyến.

c) Nếu góc tới bằng không thì góc của tia khúc xạ bằng không.

Góc giới hạn và tổng phản xạ bên trong

Một hệ quả quan trọng khác của định luật Snell là cái được gọi là góc giới hạn. Đây là tên được đặt cho góc tới tương ứng với góc khúc xạ 90º.

Khi điều này xảy ra, tia khúc xạ di chuyển ngang với bề mặt phân cách của hai môi trường. Góc này còn được gọi là góc tới hạn.

Đối với các góc lớn hơn góc giới hạn, hiện tượng được gọi là phản xạ toàn phần bên trong xảy ra. Khi điều này xảy ra, không có hiện tượng khúc xạ xảy ra, vì toàn bộ chùm ánh sáng bị phản xạ bên trong. Hiện tượng phản xạ toàn phần chỉ xảy ra khi chuyển từ môi trường có chiết suất cao hơn sang môi trường có chiết suất nhỏ hơn.

Một ứng dụng của phản xạ toàn phần bên trong là sự dẫn truyền ánh sáng qua sợi quang mà không bị mất năng lượng. Nhờ đó, chúng ta có thể tận hưởng tốc độ truyền dữ liệu cao do mạng cáp quang cung cấp.

Thí nghiệm

Một thí nghiệm rất cơ bản để có thể quan sát hiện tượng khúc xạ bao gồm đưa một chiếc bút chì hoặc một cái bút vào một cốc đầy nước. Do sự khúc xạ của ánh sáng, phần chìm của bút chì hoặc bút có vẻ hơi bị gãy hoặc lệch khỏi đường mà người ta mong đợi.

Velual

Bạn cũng có thể thử một thí nghiệm tương tự với con trỏ laser. Tất nhiên, cần phải đổ một vài giọt sữa vào cốc nước để cải thiện khả năng hiển thị của đèn laser. Trong trường hợp này, nên tiến hành thí nghiệm trong điều kiện ánh sáng yếu để đánh giá rõ hơn đường truyền của chùm sáng.

Trong cả hai trường hợp, thật thú vị khi thử các góc tới khác nhau và quan sát góc khúc xạ thay đổi như thế nào khi chúng thay đổi.

Nguyên nhân

Nguyên nhân của hiệu ứng quang học này phải được tìm kiếm trong sự khúc xạ ánh sáng làm cho hình ảnh của bút chì (hoặc chùm ánh sáng từ tia laze) có vẻ bị lệch dưới nước so với hình ảnh chúng ta nhìn thấy trong không khí.

Sự khúc xạ của ánh sáng trong cuộc sống hàng ngày

Sự khúc xạ của ánh sáng có thể được quan sát thấy trong nhiều tình huống hàng ngày của chúng ta. Một số chúng tôi đã đặt tên, những số khác chúng tôi sẽ bình luận bên dưới.

Một hệ quả của sự khúc xạ là các vũng dường như nông hơn so với thực tế.

Một hiệu ứng khúc xạ khác là cầu vồng xảy ra do ánh sáng bị khúc xạ khi đi qua các giọt nước có trong khí quyển. Đó là hiện tượng tương tự xảy ra khi một chùm ánh sáng đi qua lăng kính.

Một hệ quả khác của hiện tượng khúc xạ ánh sáng là chúng ta quan sát được hoàng hôn của Mặt trời khi nó đã thực sự diễn ra vài phút.

Người giới thiệu

1. Ánh sáng (nd). Trong Wikipedia. Truy cập ngày 14 tháng 3 năm 2019, từ en.wikipedia.org.
2. Burke, John Robert (1999). Vật lý: bản chất của sự vật. Mexico DF: International Thomson Editores.
3. Phản xạ toàn phần bên trong (nd). Trên Wikipedia. Truy cập ngày 12 tháng 3 năm 2019, từ en.wikipedia.org.
4. Ánh sáng (nd). Trên Wikipedia. Truy cập ngày 13 tháng 3 năm 2019, từ en.wikipedia.org.
5. Lekner, John (1987). Lý thuyết về sự phản xạ, về sóng điện từ và hạt. Springer.
6. Khúc xạ (nd). Trên Wikipedia. Truy cập ngày 14 tháng 3 năm 2019, từ en.wikipedia.org.
7. Crawford jr., Frank S. (1968). Sóng (Khóa học Vật lý Berkeley, Tập 3), McGraw-Hill.