Khúc xạ ánh sáng là gì? Phát biểu định luật khúc xạ ánh sáng theo Snell

Chu Văn An

Khúc xạ ánh sáng thường được nhìn thấy và giải thích trong Vật lý. Hiện tượng này phản ánh sự thay đổi hướng ánh sáng giữa một vật thể và được thể hiện dưới dạng một định luật. Hãy cùng Trường Chu Văn An tìm hiểu hiện tượng thú vị này ngay bây giờ nếu bạn quan tâm đến chủ đề này nhé.

1. Khái niệm hiện tượng khúc xạ ánh sáng?

Khúc xạ ánh sáng là một khái niệm được sử dụng trong Vật lý. Đây là hiện tượng khi ánh sáng đi qua hai bề mặt ngăn cách hai môi trường truyền ánh sáng thì chùm sáng sẽ đột ngột đổi hướng. Nói một cách dễ hiểu hơn, đây là hiện tượng chùm sáng đột ngột đổi hướng khi đi qua mặt phân cách giữa hai môi trường truyền ánh sáng.

Sự khúc xạ ánh sáng xảy ra giữa nước và thìa khuấy

Ngoài ra, cũng có thể giải thích khúc xạ ánh sáng là hiện tượng tia sáng truyền từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác. Ánh sáng sẽ bị phá vỡ ở mặt phân cách giữa hai môi trường và khiến ánh sáng đổi hướng khi đi vào môi trường khác.

Ví dụ thực tế: Khi pha một ly nước bằng thìa, bạn sẽ thấy rõ ranh giới giữa nước và không khí dường như bị phá vỡ. Ánh sáng không chiếu thẳng mà tỏa ra nhiều hướng. Đây là hiện tượng khúc xạ ánh sáng phổ biến nhất trong thực tế.

2. Nguyên nhân khúc xạ ánh sáng

Ánh sáng chiếu vào những môi trường khác nhau sẽ có tốc độ khác nhau. Điều này có thể cho thấy môi trường là yếu tố ảnh hưởng và tác động tới hướng ánh sáng. Thông thường hiện tượng khúc xạ ánh sáng xảy ra do hai nguyên nhân chính sau:

2.1. Tốc độ

Sự thay đổi tốc độ hoặc vận tốc ánh sáng sẽ gây ra hiện tượng khúc xạ. Ánh sáng bị khúc xạ hoặc bẻ cong nhiều do môi trường và khiến chúng tăng tốc hoặc giảm tốc độ khi chịu tác động.

Ánh sáng truyền qua các môi trường khác nhau sẽ có hiện tượng khúc xạ ánh sáng khác nhau

2.2. Góc của tia tới

Ngoài tốc độ, góc của tia tới cũng là nguyên nhân gây ra hiện tượng khúc xạ ánh sáng. Lượng khúc xạ ánh sáng lớn hơn khi đi vào góc sáng lớn hơn. Tuy nhiên, khi ánh sáng đi vào môi trường có góc chùm tia 90 độ so với bề mặt bình thường thì ánh sáng sẽ chậm lại và không đổi hướng.

3. Phát biểu định luật khúc xạ ánh sáng theo Snell

Hiện tượng khúc xạ ánh sáng sẽ được phát biểu bằng định luật Snell với nội dung “Sự khúc xạ ánh sáng xảy ra khi đi qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt có chiết suất khác nhau và ánh sáng đổi hướng và được tính theo công thức đặc trưng riêng của hiện tượng khúc xạ”.

Khúc xạ xảy ra do tốc độ và góc tới của ánh sáng

Định luật này có công thức:

sin(i)sin(r) = n2n1

sin(-)1sin(-)2 = v1v2 = n2n1 = 2211

Tùy theo bản chất của hai môi trường mà người ta gọi chiết suất tương đối của môi trường chứa tia khúc xạ trong môi trường 2 đến môi trường 1 trong đó tia tới n2n1 không đổi.

Khi tỉ số nhỏ hơn 1 hoặc góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới thì môi trường khúc xạ 1 không bằng 2. Khi đó góc tới phải nhỏ hơn góc khúc xạ giới hạn; nếu nó lớn hơn thì sẽ xảy ra phản xạ toàn phần. không có tia khúc xạ. Trong trường hợp góc khúc xạ lớn hơn góc tới thì môi trường khúc xạ quang học 1 tốt hơn môi trường khúc xạ quang học 2.

Ví dụ: Ánh sáng chiếu từ không khí vào nước có chiết suất n = 43. Nếu góc khúc xạ là 40 độ thì góc tới i là bao nhiêu?

1. 20 độ.
2. 40 độ.
3. 60 độ.
4. 80 độ.

Giải: Sini = n,sinr => sin i = 43.sin40 độ => i 58059'.

Vậy đáp án đúng là C. 60 độ.

Ví dụ: Góc tới là 120, góc khúc xạ là 80 vì một tia sáng truyền từ môi trường A sang B. Cho rằng tốc độ ánh sáng trong môi trường B là 2,8 x 108 m/s. Hỏi trong môi trường A cái gì tốc độ ánh sáng là bao nhiêu? Nó sáng như thế nào?

1. 1,18,105 km/s.
2. 2,18,105 km/s.
3. 3,18,105 km/s.
4. 4,18,105 km/s.

Giải: n = cv và nA.sin12o=nB.sin8o => sin12osin8o = nBnA = vAvB = vA2,8.108

=> vA = 4,18,105 km/s.

Vậy đáp án đúng là D. 4,18,105 km/s.

4. Một cách giải thích khác về định luật khúc xạ ánh sáng

Ngoài ra, định luật khúc xạ ánh sáng còn được giải thích như sau:

• Tia sáng khúc xạ luôn nằm trong mặt phẳng tới, chúng nằm ở phía bên kia pháp tuyến của tia tới. Mặt phẳng tới ở đây là mặt phẳng được tạo bởi tia tới và pháp tuyến.
• Trong hai môi trường trong suốt nhất định, tỷ số sin i và sin r được coi là hằng số. Tỉ số giữa sin góc tới sin i và sin góc khúc xạ sin r luôn không đổi.

Hình ảnh khúc xạ ánh sáng

Trong đó:

• SI là tia tới.
• Tôi là đích đến.
• N'IN được coi là bình thường đối với giao diện tại I.
• IR là tia khúc xạ.
• i là góc tới.
• r là góc khúc xạ.

Trên đây là toàn bộ những thông tin về khúc xạ ánh sáng và phát biểu định luật khúc xạ theo Snell. Hy vọng những thông tin này sẽ giúp bạn đọc hiểu rõ hơn và hứng thú hơn với các thí nghiệm khúc xạ ánh sáng trong Vật lý.