Nhiều người có câu hỏi này. Lời giải thích trong sách vật lý là khi ánh sáng đi vào nước, nó bị lệch theo hướng vuông góc, nhưng đôi đũa trong nước mà mắt người nhìn thấy lại bị lệch lên phía trên. Điều này có phù hợp với nguyên lý khúc xạ ánh sáng không?
Để hiểu được vấn đề này, trước tiên chúng ta phải hiểu sự khúc xạ ánh sáng là gì.
Cái gọi là khúc xạ ánh sáng là hiện tượng khi ánh sáng truyền xiên từ môi trường này sang môi trường khác thì hướng truyền sẽ thay đổi, làm cho ánh sáng bị lệch tại nơi tiếp giáp của các môi trường khác nhau. Hiện tượng này chính là sự khúc xạ ánh sáng.
Khi ánh sáng tác động vào bất kỳ vật thể nào, hiện tượng khúc xạ và phản xạ sẽ xảy ra. Do mật độ và hình ảnh khác nhau của các vật thể khác nhau nên sự khúc xạ và phản xạ ánh sáng tạo ra các góc và sự thay đổi khác nhau. Nhờ nguyên lý này mà mắt người có thể nhìn thấy nhiều vật thể khác nhau.
Ngoài ra, ánh sáng khả kiến là ánh sáng tổng hợp, bao gồm bảy màu: đỏ, cam, vàng, lục, lam, lam và tím. Các màu sắc khác nhau có bước sóng khác nhau. Từ đỏ đến tím, phạm vi bước sóng nằm trong khoảng từ 780nm đến 380nm. Màu đỏ có bước sóng dài nhất và màu tím có bước sóng ngắn nhất. Khi các vật thể khác nhau hấp thụ ánh sáng có bước sóng khác nhau, tốc độ hấp thụ và độ phản xạ cũng khác nhau, do đó con người nhìn thấy các màu sắc khác nhau của các vật thể khác nhau. Nguyên tắc này nằm ngoài phạm vi của bài viết này nên hôm nay tôi sẽ không đi sâu vào chi tiết.
Chiết suất của ánh sáng liên quan đến tốc độ ánh sáng trong môi trường truyền ánh sáng.
Tốc độ truyền ánh sáng trong các môi trường khác nhau là khác nhau. Tốc độ này nhanh nhất trong chân không, với giá trị chính xác là 299.792.458 m/s. Tốc độ nhanh thứ hai là trong không khí, xấp xỉ 299.552.816 m/giây. Vì cả hai tốc độ đều gần bằng 300.000 km/giây nên mọi người thường gọi tốc độ ánh sáng trong chân không và tốc độ ánh sáng trong không khí là 300.000 km/giây.
Tốc độ ánh sáng trong nước đá là 230.000 km/giây, trong nước là 225.000 km/giây, trong rượu là 220.000 km/giây và trong thủy tinh là 200.000 km/giây. Chiết suất của ánh sáng trong các môi trường khác nhau là khác nhau và tuân theo định luật tỉ lệ nghịch với tốc độ ánh sáng. Nghĩa là, tốc độ ánh sáng trong môi trường càng lớn thì chiết suất càng nhỏ, và tốc độ ánh sáng trong môi trường càng nhỏ thì chiết suất càng lớn.
Công thức tính chiết suất là: n=c/v. Trong đó n là chiết suất, c là tốc độ ánh sáng trong chân không và v là tốc độ ánh sáng trong môi trường đó. Ví dụ, theo công thức này, chiết suất của ánh sáng trong nước là n=30/22,5≈1,33
Chiết suất của ánh sáng được đo dựa trên tiêu chuẩn "bình thường". "Đường bình thường" là gì? Đó là một đoạn thẳng tưởng tượng vuông góc với mặt phẳng của môi trường khi ánh sáng đi vào một môi trường nhất định từ chân không hoặc không khí (xem hình trên). Khi ánh sáng đi vào nước và chúng ta nhìn thấy đũa trong nước, môi trường là nước, vậy tại sao chiết suất lại trông khác?
Thì ra hướng ánh sáng đi vào nước ngược với hướng truyền ánh sáng của đôi đũa trong nước mà ta nhìn thấy.
Khi ánh sáng đi vào nước, nó đi từ không khí vào nước, tại đó tốc độ ánh sáng chậm lại và khúc xạ về phía pháp tuyến (trục vuông góc với mặt nước). Góc với pháp tuyến trở nên nhỏ hơn, nên trông như nó bị "lệch xuống dưới".
Những chiếc đũa mà chúng ta nhìn thấy trong nước chính là ánh sáng phản chiếu từ đũa truyền từ nước đến mắt chúng ta. Nó lan truyền từ môi trường tương đối chậm sang môi trường nhanh hơn và do đó đi theo hướng ngược lại với hướng ánh sáng đi vào nước. Theo cách này, sự khúc xạ sẽ di chuyển ra khỏi pháp tuyến và góc sẽ trở nên lớn hơn. Theo cách này, đôi đũa mà chúng ta nhìn thấy sẽ bị “lệch lên trên”.
Bây giờ bạn đã hiểu chưa? Thì ra là chúng ta đã đi sai hướng. Khi ánh sáng đi vào nước và khi ta nhìn thấy đôi đũa trong nước thì hướng truyền ánh sáng hoàn toàn ngược lại, nên hướng lệch cũng hoàn toàn ngược lại.
Chào mừng bạn đến thảo luận, cảm ơn bạn đã đọc.
Bản quyền thuộc về Space-Time Communication. Vi phạm và đạo văn là hành vi phi đạo đức. Xin hãy hiểu và hợp tác.
