Khúc xạ ánh sáng thường được thấy và lý giải trong môn Vật Lý. Hiện tượng này phản ảnh hướng thay đổi của ánh sáng ở giữa có vật ngăn cách và đã được phát biểu thành định luật. Cùng tìm hiểu ngay về hiện tượng thú vị này cùng với VietChem nếu bạn có hứng thú về chủ đề này.

1. Khái niệm hiện tượng khúc xạ ánh sáng?

Khúc xạ ánh sáng là khái niệm sử dụng trọng môn học Vật Lý. Đây là hiện tượng khi ánh sáng đi qua hai mặt phân cách hai môi trường truyền ánh sáng thì chùm tia sáng đó sẽ bị đổi phượng đột ngột. Nói một cách dễ hiểu hơn đây là hiện tượng chùm tia sáng bị đổi phương đột ngột khi đi qua mặt phân cách giữa hai môi trường truyền sáng.

Khúc xạ ánh sáng xảy ra giữa nước và thìa khuấy

Ngoài ra cũng có thể lý giải rằng 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 gãy khúc tại mặt phân cách giữa hai môi trường và làm ánh sáng bị đổi phương chiếu khi sang môi trường khác.

Ví dụ thực tế: Khi pha một cốc nước có dùng thìa khuấy, bạn sẽ thấy rõ được mặt phân cách giữa nước và không khí phần thìa dường như bị gãy. Ánh sáng không chiếu thắng mà tản ra nhiều hướng. Đây chính là hiện tượng khúc xạ ánh sáng thường gặp nhất trong thực tế.

2. Nguyên nhân gây ra hiện tượng khúc xạ ánh sáng

Ánh sáng chiếu vào các môi trường khác nhau sẽ có vận tốc chiếu khác nhau. Điều này có thể cho biết môi trường là một yếu tố làm ảnh hưởng và tác động đến phương chiếu của ánh sáng. Thường hiện tượng khúc xạ của ánh sáng sẽ do hai nguyên chính gây ra như sau:

2.1. Tốc độ 

Tốc độ hay vận tốc ánh sáng bị thay đổi sẽ khiến cho hiện tượng khúc xạ xảy ra. Ánh sáng bị khúc xạ hay bị uốn cong nhiều do gặp môi trường và nó khiến cho chúng tăng tốc hoặc chậm hơn khi gặp tác động.

Ánh sáng đi qua các môi trường khác nhau sẽ có các khúc xạ ánh sáng khác nhau

2.2. Góc của tia tới

Ngoài tốc độ thì góc của tia tới cũng là nguyên nhân gây ra hiện tượng khúc xạ ánh sáng. Lượng khúc xạ của ánh sáng nhiều hơn khi đi vào góc chiếu lớn hơn. Tuy nhiên khi ánh sáng đi vào môi trường có góc chiếu bằng 90 độ so với bề mặt pháp tuyến thì ánh sáng lại cho hiện tượng chậm lại và không thay hướng.

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

Khúc xạ ánh sáng sẽ được phát biểu của định luật Snell với nội dung “Khúc xạ ánh sáng xảy ra khi đi qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt có chiết suất khác nhau được 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 tia tới của ánh sáng

Định luật này có công thức dạng:

sin(i)sin(r) = n2n1

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

Phụ thuộc vào từng bản chất của hai môi trường sẽ được gọi là chiết suất tỉ đối của môi trường chứa tia khúc xạ ở môi trường 2 đối với môi trường 1 tia tới mà n2n1 giữ nguyên. 

Khi tỉ số nhỏ hơn 1 hay góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới thì môi trường chiết quang 1 không bằng 2. Khi đó góc tới phải nhỏ hơn góc khúc xạ giới hạn, nếu lớn hơn thì sẽ xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần không có tia khúc xạ. Trường hợp góc khúc xạ lớn hơn góc tới thì môi trường chiết quang 1 hơn môi trường chiết quang 2. 

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

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

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

Vậy đáp án đúng là C. 60 độ.

Ví dụ: Góc tới 120, góc khúc xạ là 80 do một tia sáng truyền từ môi trường A sang B. Cho biết tốc độ ánh sáng là 2,8.108 m/s ở môi trường B. Hỏi ở môi trường A tốc độ ánh sáng là bao nhiêu?

1. 1,18.105 km/s.
2. 2,18.105 km/s.
3. 3,18.105 km/s.
4. 4,18.105 km/s.

Lời 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. Diễn giải khác của định luật khúc xạ ánh sáng

Ngoài ra định luật khúc xạ ánh sáng cũng được diễn giải như sau:

• Tia khúc xạ ánh sáng luôn nằm trong mặt phẳng tới, chúng ở phía bên kia pháp tuyến so với tia tới. Mặt phẳng tới ở đây là mặt phẳng tạo thành bởi tia tới và pháp tuyến.
• Ở hai môi trường trong suốt nhất định, tỉ số sin i và sin r được coi là một hằng số. Tỉ lệ giữa sin góc tới sin i và sin góc khúc xạ sin r sẽ luôn không đổi.

Hình ảnh khúc xạ ánh sáng

Trong đó:

• SI là tia tới.
• I là điểm tới.
• N’IN được coi là pháp tuyến với mặt phân cách tại I.
• IR là tia khúc xạ.
• i là góc tới.
• r là góc khúc xạ.

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