Khúc xạ ánh sáng là gì? Ứng dụng và Công thức tính

Khúc xạ ánh sáng là gì? Định luật khúc xạ ánh sáng được phát biểu như thế nào? Hãy cùng Blogthietbidien.com tìm hiểu kỹ hơn về chủ đề này ngay tại bài viết sau đây.

Ánh sáng bị khúc xạ là một trong những hiện tượng vật lý thú vị và dễ dàng bắt gặp trong đời sống hằng ngày. Mặc dù vậy nhưng để có thể trả lời được chính xác hiện tượng khúc xạ ánh sáng là gì cũng như nguyên nhân gây ra khúc xạ ánh sáng thì không phải ai cũng biết.

Do vậy, Blog Thiết Bị Điện sẽ giải đáp giúp bạn chi tiết cụ thể thông tin liên quan đến chủ đề này ngay nội dung được trình bày sau đây.

Khúc xạ ánh sáng là gì?

Khúc xạ ánh sáng hiểu đơn giản là hiện tượng các tia sáng bị lệch về một phương khi truyền xiên góc qua mặt phân cách giữa 2 môi trường trong suốt khác nhau. Theo đó, hiện tượng khúc xạ biểu thị sự thay đổi vận tốc hoặc tốc độ của sóng truyền và là sự bẻ cong của ánh sáng khi truyền từ môi trường này sang môi trường khác.

Thí nghiệm: đổ đầy nước vào một ly nước thủy tinh, sau đó đặt một chiếc thìa nằm nghiêng bên trong ly nước. Khi này, ta có thể dễ dàng nhận thấy phần ánh sáng phản xạ từ thân chiếc bút không truyền thẳng mà bị nghiêng lệch, gãy khúc tại mặt phân cách giữa 2 môi trường (nước và không khí).

Nguyên nhân gây ra khúc xạ ánh sáng

Thực tế cho thấy, ánh sáng khi chiếu vào môi trường khác nhau thì vận tốc cũng sẽ có sự khác biệt nhất định, từ đó ta có thể suy ra nhận định rằng: môi trường sẽ ảnh hưởng đến tốc độ truyền của ánh sáng. Chính vì lý do đó, để có thể giải thích được nguyên nhân cho hiện tượng khúc xa, ta sẽ có 2 lập luận sau:

• Tốc độ bị thay đổi: khi ánh sáng bị bẻ cong (khúc xạ) nhiều hay ít nghĩa là môi trường lan truyền ánh sáng sẽ làm cho tốc độ tăng tốc hoặc chậm hơn;
• Góc của tia tới: lượng khúc xạ sẽ nhiều hơn khi ánh sáng đi vào góc lớn. Tuy vậy, khi ánh sáng đi vào môi trường có góc tới bằng 90 độ so với bề mặt pháp tuyến thì ánh sáng sẽ đi chậm lại và không làm đổi hướng tia sáng.

Định luật khúc xạ ánh sáng

Theo sách giáo khoa Vật Lý 11 phát biểu định luật khúc xạ ánh sáng như sau:

• Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới (tạo bởi tia tới và pháp tuyến) và nằm ở phía bên kia pháp tuyến so với tia tới;
• Với hai môi trường trong suốt nhất định, tỉ số giữa sin góc tới (sini) và sin góc khúc xạ (sinr) luôn không đổi. Cụ thể như sau:

sini/ sinr = hằng số

Bên cạnh đó, bạn có thể hình dung rõ hơn về định luật này qua hình sau:

Trong đó:

• SI: là tia tới;
• I: là điểm tới;
• N’IN: là pháp tuyến với mặt phân cách tại I;
• IR: là tia khúc xạ;
• i: góc tới;
• r: góc khúc xạ.

Chiết suất của môi trường

Như đã đề cập thì khả năng khúc xạ ánh sáng của mỗi môi trường sẽ khác nhau, tùy thuộc vào chiết suất của môi trường đó. Cụ thể ta sẽ có 2 loại chiết suất như sau:

Chiết suất tỉ đối

Tỉ số giữa sini/ sinr là một hằng số không đổi được gọi là chiết suất tỉ đối (ký hiệu n₂₁) của môi trường chứa tia khúc xạ (2) đối với môi trường chiếu tia tới (1). Tức là:

sini/ sinr = n₂₁

Ghi chú:

• Trường hợp n₂₁ > 1 thì r < i: nghĩa là tia khúc xạ bị lệch lại gần với pháp tuyến n => môi trường (2) chiết quang hơn môi trường (1);
• Trường hợp n₂₁ < 1 thì r > i: nghĩa ra tia khúc xạ bị lệch xa pháp tuyến => môi trường (2) kém chiết quang hơn môi trường (1).

Để có thể biết được chiết suất tỉ đối của một số chất bạn có thể tham khảo qua bảng sau:

Chiết suất tuyệt đối

Chiết suất tuyệt đối (chiết suất) của môi trường sẽ là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với chân không.

Ghi chú:

• Chiết suất của môi trường chân không bằng 1;
• Chiết suất của môi trường không khí là 1,000293 (rất gần với chiết suất của chân không);
• Mọi môi trường trong suốt khác đều có chiết suất lớn hơn 1.

Từ nhận định trên, ta rút ra được hệ thức sau:

n₂₁ = n₂/ n₁

Trong đó:

• n₂: chiết suất tuyệt đối của môi trường (2);
• n₁: chiết suất tuyệt đối của môi trường (1).

Theo đó, ta sẽ có mối liên hệ giữa chiết suất tuyệt đối của một môi trường và vận tốc được tính bằng công thức sau đây:

n = c/ v

Trong đó:

c: là vận tốc của ánh sáng trong chân không (c = 3,108 m/s);

v: vận tốc ánh sáng trong môi trường đang xét (rắn, lỏng, khí)

Hệ thức khác của định luật khúc xạ ánh sáng có thể được tính như sau:

n₁sini = n₂sinr

Trong đó:

• Nếu i và r nhỏ hơn 10 độ thì sini ~ i; sini ~ r -> n1i = n2r;
• Nếu i = 0 và r = 0 thì hiện tượng khúc xạ ánh sáng sẽ không xảy ra.

Tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng

Sự truyền ánh sáng sẽ có tính thuận nghịch, chứng tỏ rằng ánh sáng truyền đi theo đường nào cũng sẽ truyền ngược lại theo đường đó.

Từ đây ta sẽ có hệ thức sau

n₂₁ = 1/ n₂₁

Ứng dụng của hiện tượng khúc xạ ánh sáng

Đây được xem là một hiện tượng vật lý vô cùng thú vị và có tính ứng dụng rất cao, được áp dụng trong nhiều lĩnh vực. Cụ thể là:

• Chế tạo thấu kính: dụng cụ này cho phép phóng to hay thu nhỏ hình ảnh của vật thông qua một khối cong làm bằng kính thủy tinh hoặc nhựa;
• Kính lúp: loại thấu kính này dùng để quan sát vật có kích thước nhỏ bằng này phóng to hình ảnh của vật qua thấu kính;
• Thấu kính hội tụ: khi ánh sáng đi qua thấu kính hội tụ (thấu kính lồi) sẽ bị khúc xạ vào bên trong và đi vào khi ánh sáng rời đi;
• Thấu kính phân kỳ: mỗi một tia sáng khi đi qua thấu kính phân kỳ khúc xạ vào bên ngoài khi đi vào trong thấu kính và hướng ra lần nữa khi ánh sáng chuẩn bị rời đi;
• Lăng kính: theo nhà bác học Isaac Newton thí nghiệm, khi ông cho một chùm tia sáng qua khối thủy tinh hình tam giác (lăng kính) thì ông thu nhận được 1 dãy màu sắc ở phía đối diện.

XEM THÊM

• Dòng điện trong chất khí – Khái niệm & Bản chất
• Hiện tượng siêu dẫn là gì? Ứng dụng của hiện tượng siêu dẫn
• Tia X (Röntgen) là gì? Nguồn phát & Tính chất của tia X-Ray

Hy vọng với bài viết vừa được blogthietbidien.com chia sẻ, chúng tôi hy vọng bạn có thể hiểu được hiện tượng khúc xạ ánh sáng là gì và những thông tin liên quan đến định luật khúc xạ của ánh sáng. Đừng quên lan tỏa bài viết đến với nhiều đọc giả hơn nếu bạn cảm thấy nội dung của chúng tôi hữu ích nhé.