Chắc hẳn ai trong chúng ta cũng từng bị mê hoặc bởi hình ảnh một tia nắng trắng đi qua khối thủy tinh trong suốt và diệu kỳ tạo ra một dải cầu vồng rực rỡ. Đây không phải là phép thuật, mà là một trong những hiện tượng đẹp đẽ và cơ bản nhất của ngành quang học. 

Nguyên nhân chính vì sao có cầu vồng trong lăng kính

Để hiểu được câu chuyện, chúng ta cần biết rằng ánh sáng trắng mà chúng ta thấy hàng ngày (như ánh sáng mặt trời) thực chất là một hỗn hợp của tất cả các màu sắc khác nhau. 

Chiếc lăng kính hoạt động như một "bộ lọc" thông minh, có khả năng tách các màu này ra khỏi nhau, làm hiện ra dải cầu vồng ẩn giấu bên trong. Quá trình này được gọi là sự phân tán ánh sáng.

Lăng kính hoạt động như thế nào để 'bẻ cong' ánh sáng trắng?

Khi một tia sáng đi từ không khí vào lăng kính (thủy tinh), nó sẽ bị chậm lại và đổi hướng. Hiện tượng này gọi là khúc xạ ánh sáng.

Hãy tưởng tượng bạn đang đẩy một chiếc xe cắt cỏ trên đường nhựa (không khí) và đi chéo vào một bãi cỏ (thủy tinh). Bánh xe nào chạm vào bãi cỏ trước sẽ bị chậm lại, trong khi bánh xe còn lại vẫn đang chạy trên đường nhựa. 

Sự chênh lệch tốc độ này sẽ làm cho cả chiếc xe bị xoay hướng. Ánh sáng cũng bị "bẻ cong" theo cách tương tự khi đi vào lăng kính. Khi đi ra khỏi lăng kính, nó lại bị bẻ cong thêm một lần nữa.

>>> Xem nội dung liên quan: Khám phá vì sao một giọt nước nhỏ lại có thể chứa cả cầu vồng 7 sắc

Sự phân tách màu sắc giải thích vì sao có cầu vồng trong lăng kính

Đây chính là mấu chốt của vấn đề. Mặc dù ánh sáng trắng là một tập hợp các màu, nhưng mỗi màu lại bị "bẻ cong" một góc khác nhau khi đi qua lăng kính.

Hãy hình dung ánh sáng trắng là một nhóm vận động viên chạy cùng nhau. Khi họ chạy vào một đoạn đường bùn (lăng kính), mỗi người sẽ bị chậm lại một chút.

• Màu đỏ: Giống như vận động viên ít bị lún nhất, bị chậm lại ít nhất và do đó bị bẻ cong ít nhất.
• Màu tím: Giống như vận động viên bị lún sâu nhất, bị chậm lại nhiều nhất và do đó bị bẻ cong nhiều nhất.

Vì mỗi màu bị bẻ cong một góc khác nhau, chúng sẽ tách ra khỏi nhóm và đi theo những con đường riêng khi ra khỏi lăng kính. Nhờ vậy, thay vì thấy một vệt sáng trắng, mắt chúng ta sẽ nhận được một dải màu sắc liên tục.

>>> Khám phá kỹ hơn: Vì sao lửa có màu đỏ, xanh mà không phải những màu sắc khác?

Thứ tự 7 màu sắc của cầu vồng có bao giờ thay đổi không và vì sao?

Câu trả lời là không. Thứ tự của các màu trong cầu vồng luôn luôn không đổi, tuân theo các định luật vật lý cơ bản.

Dựa trên mức độ bị bẻ cong từ ít nhất đến nhiều nhất, thứ tự các màu luôn là: Đỏ, Cam, Vàng, Lục, Lam, Chàm, Tím. Màu đỏ luôn ở một phía (ít bị lệch nhất) và màu tím luôn ở phía đối diện (lệch nhiều nhất). Thứ tự này được quyết định bởi bước sóng của từng màu ánh sáng và là một hằng số trong tự nhiên.

Như vậy, cầu vồng trong lăng kính không phải là phép màu, mà là một màn trình diễn ngoạn mục của quang học. Nó cho thấy vẻ đẹp ẩn giấu bên trong ánh sáng trắng và cách chúng ta có thể khám phá nó chỉ bằng những công cụ đơn giản. Hãy thử làm thí nghiệm và tự mình chiêm ngưỡng vẻ đẹp của khoa học nhé!

>>> Hiểu rõ hơn về: Vì sao bong bóng xà phòng trong suốt lại hiện lên màu sắc cầu vồng?