Bạn đã bao giờ nhìn một chiếc ống hút trong cốc nước và thấy nó như bị "gãy" ở mặt nước chưa? Đó không phải là ảo ảnh đâu, mà là một màn trình diễn ấn tượng của vật lý ngay trước mắt bạn. Hiện tượng kỳ thú này sẽ không còn là bí ẩn nữa.
Nguyên nhân ánh sáng cong trong nước
Khúc xạ ánh sáng là hiện tượng ánh sáng bị đổi hướng (hay bị bẻ cong) khi di chuyển từ môi trường này sang một môi trường khác có độ trong suốt khác nhau. Ví dụ như khi ánh sáng đi từ không khí vào trong nước.
Nguyên nhân chính gây ra hiện tượng này là do sự thay đổi tốc độ của ánh sáng. Hãy tưởng tượng bạn đang lái một chiếc xe đồ chơi chạy thẳng trên sàn nhà (tượng trưng cho không khí) và đột nhiên lao vào một tấm thảm dày (tượng trưng cho nước).
- Tốc độ thay đổi: Ngay khi bánh xe bên phải chạm vào tấm thảm, nó sẽ bị chậm lại ngay lập tức.
- Hướng bị bẻ cong: Trong khi đó, bánh xe bên trái vẫn còn trên sàn nhà và giữ nguyên tốc độ. Sự chênh lệch tốc độ này làm cho cả chiếc xe bị xoay một chút về phía bên phải.
Ánh sáng cũng hành xử tương tự như vậy. Tốc độ của ánh sáng trong nước chậm hơn trong không khí.
Khi một tia sáng chiếu xiên vào mặt nước, phần tia sáng chạm nước trước sẽ bị chậm lại, trong khi phần còn lại vẫn di chuyển nhanh trong không khí. Chính sự thay đổi tốc độ không đồng đều này đã "bẻ cong" đường đi của tia sáng.
>>> Bổ sung thêm kiến thức: Ánh sáng và bóng tối: Vì sao ánh sáng lại tạo ra cái bóng của vật thể?
Ví dụ thực tế về khúc xạ ánh sáng
Hiện tượng chiếc ống hút hay chiếc đũa trông như bị gãy trong cốc nước chính là ví dụ kinh điển nhất về khúc xạ. Não của chúng ta có một quy tắc mặc định: nó cho rằng ánh sáng luôn đi theo đường thẳng.
- Ánh sáng truyền đi: Ánh sáng phản chiếu từ phần ống hút chìm trong nước di chuyển đến mắt bạn.
- Bị bẻ cong: Khi tia sáng này đi từ nước ra không khí tại mặt phân cách, nó bị bẻ cong (khúc xạ) một lần nữa.
- Não bộ "hiểu lầm": Mắt bạn nhận được tia sáng đã bị bẻ cong này. Tuy nhiên, não bộ lại "dõi ngược" đường đi của tia sáng theo một đường thẳng. Nó tạo ra một hình ảnh ảo của chiếc ống hút ở một vị trí nông hơn so với vị trí thực tế.
Kết quả là bạn nhìn thấy phần ống hút trong không khí và phần "ảnh ảo" của ống hút trong nước không nằm trên cùng một đường thẳng, tạo ra cảm giác nó bị gãy. Tương tự, đây cũng là lý do vì sao khi nhìn xuống một bể bơi, chúng ta luôn cảm thấy nó nông hơn thực tế.
>>> Xem nội dung liên quan: Bí mật bên trong bóng đèn: Điều gì xảy ra để tạo ra được ánh sáng?
Khúc xạ có tạo ra cầu vồng không?
Câu trả lời là có, khúc xạ chính là một trong những nhân tố chính tạo nên cầu vồng! Tuy nhiên, nó cần sự kết hợp của cả hiện tượng phản xạ. Cầu vồng là một ví dụ tuyệt vời về quang học trong tự nhiên.
Quá trình này diễn ra bên trong hàng triệu giọt mưa nhỏ li ti:
- Tán sắc (Khúc xạ lần 1): Khi ánh sáng mặt trời (ánh sáng trắng) đi vào một giọt mưa, nó bị bẻ cong và tách thành các màu khác nhau (tím, chàm, lam, lục, vàng, cam, đỏ). Điều này xảy ra vì mỗi màu ánh sáng bị bẻ cong ở một góc hơi khác nhau.
- Phản xạ: Các tia sáng màu này sau đó đập vào mặt sau của giọt mưa và bị phản xạ ngược lại.
- Khúc xạ lần 2: Khi rời khỏi giọt mưa để đến mắt chúng ta, các tia sáng lại bị khúc xạ thêm một lần nữa, làm cho dải màu càng tách biệt và rõ ràng hơn.
Vì vậy, lần tới khi bạn nhìn thấy cầu vồng, hãy nhớ rằng bạn đang chứng kiến một màn trình diễn ngoạn mục của hiện tượng khúc xạ và phản xạ ánh sáng.
Giờ thì bạn đã hiểu vì sao ánh sáng cong trong nước rồi đấy! Đó không phải phép thuật mà là một nguyên lý vật lý vô cùng thú vị. Khoa học luôn ẩn chứa những điều kỳ diệu trong cuộc sống hàng ngày. Đừng chỉ đọc, hãy thử ngay một thí nghiệm khúc xạ đơn giản với cốc nước và một chiếc đũa để tự mình trải nghiệm nhé!
>>> Khám phá kỹ hơn: Thí nghiệm ánh sáng: Vì sao một ly nước có thể tạo ra cầu vồng bảy sắc?
