Ánh sáng không truyền đi cùng tốc độ trong không khí, thủy tinh và nước. Tốc độ ánh sáng trong không khí là 3 X 10 6 m/s. Trong nước là 2,25 × 10 8 m/s và trong thủy tinh là 2 x 10 8 m/s. Điều này là do thủy tinh đặc hơn về mặt quang học so với nước và nước đặc hơn về mặt quang học so với không khí. Một môi trường được cho là đặc hơn nếu tốc độ ánh sáng giảm và được cho là hiếm hơn nếu tốc độ ánh sáng tăng.
Ánh sáng truyền theo đường thẳng trong môi trường. nhưng khi một tia sáng truyền trong một môi trường trong suốt này rơi xiên trên bề mặt của một môi trường trong suốt khác thì nó truyền trong môi trường kia theo một đường thẳng nhưng khác với hướng ban đầu. Sự thay đổi phương truyền của tia sáng khi truyền từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác gọi là hiện tượng khúc xạ ánh sáng.
Tia sáng chiếu xuống mặt phân cách hai môi trường. \(\angle i\) là góc hợp bởi tia tới và pháp tuyến và \(\angle r\) là góc khúc xạ giữa tia khúc xạ và pháp tuyến. Độ lệch là góc giữa phương của tia khúc xạ và phương của tia tới. Do đó, \(\angle\delta\) = \(\mid \angle i - \angle r \mid\)
Khúc xạ ánh sáng tuân theo hai định luật được gọi là định luật khúc xạ Snell.
\(\mu = \frac{3 X 10 ^8ms^{-1}}{2.25 X 10 ^8 ms{-1}} = \frac{4}{3} = 1.33\)
Chú ý: Không có môi trường nào có chiết suất nhỏ hơn 1.
Chiết suất (µ) của một số chất thông dụng
| Vật liệu xây dựng | µ | Vật liệu xây dựng | µ |
| Máy hút bụi | 1,00 | Không khí | 1,00 |
| Đá | 1,31 | Nước uống | 1,33 |
| Rượu | 1,37 | Glyxerin | 1,47 |
| kính thông thường | 1,5 | dầu hỏa | 1,41 |
Câu 1: Điều kiện để một tia sáng truyền qua không bị khúc xạ là gì.
Giải: Có hai điều kiện - (1) khi góc tới bằng 0. (2) Khi chiết suất của cả hai môi trường như nhau.
Nguyên tắc đảo ngược Nếu chiết suất của môi trường 2 đối với môi trường 1 là \(_1\mu_2= \frac{sin \ i}{sin \ r}\) và chiết suất của môi trường 1 đối với môi trường 2 là \(_2\mu_1 = \frac{sin \ r}{sin \ i }\) , sau đó \(_1\mu_2 \times _2\mu_1 = 1\) hoặc chúng ta có thể nói \(_1\mu_2 = \frac{1}{_2\mu_1}\) |
Câu 1: Nếu chiết suất của thủy tinh đối với không khí là 3/2 thì chiết suất của không khí đối với thủy tinh là bao nhiêu?
Giải: a µ g = 3/2, do đó g µ a là \(\frac{1}{^3/_2} = \frac{2}{3}\) .
Tốc độ: Khi một tia sáng bị khúc xạ từ môi trường hiếm hơn sang môi trường đặc hơn thì tốc độ ánh sáng giảm xuống còn nếu nó bị khúc xạ từ môi trường đặc hơn sang môi trường hiếm hơn thì tốc độ ánh sáng tăng lên.
Tần số: Tần số của ánh sáng phụ thuộc vào nguồn sáng nên không thay đổi khi khúc xạ.
Bước sóng: Tốc độ ánh sáng v trong một môi trường, bước sóng ánh sáng λ trong môi trường đó và tần số ánh sáng f có liên quan với nhau là v = fλ.
Khi ánh sáng truyền từ môi trường hiếm hơn sang môi trường đặc hơn thì bước sóng giảm và khi ánh sáng truyền từ môi trường đặc hơn sang môi trường hiếm hơn thì bước sóng tăng.
(1) Độ sâu của nước trong bình khi nhìn từ trên không dường như nhỏ hơn
Độ sâu thực sự là hệ điều hành. Một tia sáng xuất phát từ điểm O rơi thẳng đứng trên mặt nước-không khí, truyền thẳng dọc theo SA. Một tia OQ khác tới mặt nước-không khí tại điểm Q khi đi ra ngoài không khí thì lệch khỏi pháp tuyến NQ và đi dọc theo đường QT. Khi tia QT được tạo ra trở lại, hai tia khúc xạ gặp nhau tại điểm P. Vậy P là ảnh của O. Do đó, đối với người quan sát, độ sâu của bình dường như là SP thay vì SO do sự khúc xạ ánh sáng từ nước sang không khí .
(2) Mặt trời mọc sớm và mặt trời lặn muộn
(3) Ảo ảnh trong sa mạc
Đôi khi trong các sa mạc, người ta nhìn thấy hình ảnh đảo ngược của một cái cây tạo ấn tượng sai lầm về nước dưới gốc cây. Điều này được gọi là ảo ảnh. Nguyên nhân của ảo ảnh là do hiện tượng khúc xạ ánh sáng. Như ở sa mạc, cát nóng lên rất nhanh nên lớp không khí tiếp xúc với cát nóng lên. Kết quả là không khí gần mặt đất ấm hơn các lớp không khí phía trên. Nói cách khác, các lớp bên trên dày đặc hơn bên dưới chúng! Khi một tia sáng từ mặt trời sau khi phản xạ từ ngọn cây đi từ lớp dày đặc hơn sang lớp hiếm hơn, nó sẽ bị bẻ cong khỏi bình thường. Do đó, trong khúc xạ tại bề mặt phân cách của các lớp liên tiếp, mỗi lần góc khúc xạ tăng và góc tới của tia đi từ đậm đặc hơn sang hiếm hơn cũng tăng cho đến khi đạt 90°. Khi góc tới tăng hơn nữa từ lớp đặc hơn đến lớp hiếm hơn sẽ bị phản xạ hoàn toàn và bây giờ ánh sáng phản xạ truyền từ môi trường hiếm hơn sang môi trường đặc hơn do đó nó uốn cong về phía pháp tuyến tại mỗi lần khúc xạ. Khi đến mắt của người quan sát, một hình ảnh đảo ngược của cái cây được nhìn thấy.
Khi tia tới AB rơi trên một phiến thủy tinh thì nó tới điểm tới B. Tia AB đi từ không khí vào thủy tinh thì nó cong về phía pháp tuyến và đi theo đường BC. Khi tia khúc xạ BC lại đập vào mặt thủy tinh tại điểm C, nó lệch khỏi pháp tuyến khi tia khúc xạ truyền từ thủy tinh ra không khí và đi theo quỹ đạo CD. Tia ló CD song song với tia tới AB. Vậy tia ló và tia tới cùng phương nhưng lệch pha nhau.
Lăng kính là một môi trường trong suốt được giới hạn bởi năm mặt phẳng có tiết diện là tam giác. Hai mặt đối diện của lăng trụ là các tam giác đồng dạng còn ba mặt còn lại là hình chữ nhật và nghiêng vào nhau.
Khi cho một tia sáng đơn sắc rơi trên mặt lăng kính nghiêng thì tia tới PQ rơi trên mặt lăng kính, nó truyền từ không khí sang thủy tinh nên bị bẻ cong về phía pháp tuyến và truyền qua đường QR. Khi tia khúc xạ QR đập vào mặt lăng kính tại R thì lại xảy ra hiện tượng khúc xạ. Lúc này tia QR đi từ thủy tinh ra không khí nên nó bị bẻ cong khỏi pháp tuyến và truyền theo hướng RS. Vậy tia sáng đi qua lăng kính bị lệch về phía đáy lăng kính.
