Định luật phản xạ ánh sáng và những ứng dụng vật lý cơ bản

Thật tuyệt khi chúng ta có thể cảm nhận mọi thứ tươi đẹp nhờ vào ánh sáng. Ánh sáng mang lại vẻ đẹp, màu sắc cho muôn loài. Vậy có bao giờ bạn thắc mắc ánh sáng là gì không? Tại sao nhờ vào ánh sáng ta có thể thấy mọi thứ? Bạn có từng nghe qua “ định luật phản xạ ánh sáng” chưa, thắc mắc ấy sẽ được giải đáp qua bài viết dưới đây.

Khái niệm phản xạ ánh sáng hiểu như thế nào?

Theo khái niệm của thuyết lượng tử thì ánh sáng là một chùm tia photon di chuyển với tốc độ rất cao ( khoảng 3×10⁸km/h). Nhưng đối với phạm trù vật lý cổ đại thì cho rằng ánh sáng là một dãy từ phổ có các bức xạ điện từ khác nhau.

Chắc có lẽ bạn sẽ gặp cụm từ “ánh sáng” trong đời sống sinh hoạt hằng ngày một cách khá thường xuyên đến nỗi quen thuộc. Nhưng ta lúc ấy chỉ biết ánh sáng là một cái gì đó rất khó hình dung, giúp ta có thể nhìn thấy mọi thứ mà không có định nghĩa một cách chính xác. Chúng ta có thể hiểu rõ chúng hơn thông qua bài viết này.

Trong đó với từ ánh sáng mà chúng ta đang định nghĩa tức là vùng ánh sáng nhìn thấy có quang phổ từ 380nm đến 700nm. Trong vùng quang phổ này thì con người có thể hoàn toàn nhìn thấy ánh sáng.

Nên đây được gọi là ánh sáng nhìn thấy được. Bên ngoài dùng phổ quang này ta còn có những loại ánh sáng khác như: tia cực tím, tia hồng ngoại, tia gamma, tia X, tia tử ngoại…

Phát biểu nội dung, tính chất định luật phản xạ ánh sáng

Định luật ánh sáng được phát biểu như sau: Khi truyền ánh sáng vào một vật thể thì ánh sáng sẽ bị phản xạ và tia phản xạ sẽ nằm trong mặt phẳng chứa tia tới và pháp tuyến của gương ở điểm tới. Và lúc này góc phản xạ cũng bằng góc tới. Có một lưu ý rằng định luật áp dụng được cho tất cả các loại gương như gương phẳng, gương cầu lồi, gương cầu lõm bằng một quy luật cụ thể như sau:

• Tia tới và tia phản xạ phải bắt buộc cùng nằm trên một mặt phẳng
• Góc tới luôn bằng góc phản xạ

Ngoài phản xạ ánh sáng thì ánh sáng còn có một số tính chất khác. Chúng cùng nhau cấu thành một tổ hợp các tính chất chung của ánh sáng . Dưới đây là một số tính chất có thể đáng kể đến.

Ta có để hiểu định luật phản xạ ánh sáng một cách đơn giản là khi ta chiếu ánh sáng vào một vật bất kỳ nào đó thì ánh sáng khi tiếp xúc với vật ấy sẽ bị phản chiếu ngược lại một cách hoàn toàn với hiện tượng này ta gọi là phản xạ ánh sáng. 

Ta có thể hiểu hiện tượng phản xạ ánh sáng bằng một ví dụ đơn giản như ta chiếu ánh sáng vào gương thì tất cả ánh sáng sẽ bị phản xạ lại. Đây được xem là nguyên lý để giải thích tại sao chúng ta lại thấy mình ở trong gương.

Hiện tượng phản xạ ánh sáng này có thể xuất hiện cả trong môi trường tự nhiên và môi trường nhân tạo lý tưởng mà con người tạo ra dùng để thực hiện các thí nghiệm vật lý.

Hiện tượng khúc xạ ánh sáng

Trong định luật phản xạ ánh sáng, hiện tượng khúc xạ ánh sáng được biết đến là một hiện tượng bức xạ điện từ của ánh sáng truyền từ môi trường này sang môi trường khác do chênh lệch tỉ đối giữa hai môi trường nên ánh sáng bị bẻ cong hoặc thay đổi hướng truyền sáng.

Hiện tượng khúc xạ ánh sáng là nguyên nhân gây ra khá nhiều hiện tượng quen thuộc như ảo ảnh chúng ta thường thấy khi đi trên đường vào những thời tiết nóng, cầu vồng sau cơn mưa

Hiện tượng giao thoa ánh sáng

Đây là hiện tượng khá thường gặp khi chúng ta cho hai hoặc nhiều chùm sáng kết hợp tập trung chồng lên nhau. Để có thể thành lập những chỗ chúng cần hỗ trợ tăng cường ánh sáng hoặc triệt tiêu ánh lẫn nhau.

Sự kết hợp này sẽ tạo ra những vân sáng tối, với những chỗ tăng cường ánh sáng thì sẽ là vân sáng, những chỗ triệt tiêu ánh sáng là vân tối. Nhờ đó chúng tạo ra hiện tượng giao thoa ánh sáng

Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng

Hiện tượng nhiễu xạ một trong những hiện tượng có thể dễ dàng quan sát bằng mắt người. Khi ánh sáng lan truyền qua những khe hở nhỏ lúc này chúng ta có thể nhìn thấy một cách rõ rệt nhất.

Bên cạnh đó những vật cản cần có kích thước tương đương với bước sóng mới có thể xảy ra hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng. Lúc này sóng bị lệch hướng lan truyền về mọi phía thông qua những vị trí của vật cản và tự giao thoa với chính mình.

Hiện tượng tán sắc ánh sáng

Hiện tượng tán sắc trong định luật phản xạ ánh sáng là hiện tượng khi ánh sáng đi qua các vật thể khác nhau như ở thể rắn lỏng hay khí sẽ tạo ra những ảnh hưởng đối với sóng ánh sáng. Việc cường độ ánh sáng giảm đi khi đi qua những môi trường khác nhau sẽ làm chúng tách thành dãi nhiều màu. Hiện tượng này khá dễ gặp, cầu vồng sau mưa là một trong những ví dụ của hiện tượng tán sắc ánh sáng

Một số phương pháp giải định luật phản xạ ánh sáng

Thông thường sẽ có 2 dạng bài tập liên quan đến định luật. Dạng 1 sẽ chủ yếu về cách vẽ các tia tới và tia phản xạ và tính các góc tới, góc phản xạ. Dạng 2 sẽ là dạng bài tập xác định vị trí đặt gương

Dạng 1: Dùng định luật phản xạ để vẽ góc tới, phản xạ

Áp dụng định luật phản xạ ánh sáng ta có thể nhận biết được tia phản xạ đối xứng tia tới thông qua pháp tuyến đi qua gương phẳng. Do đó để vẽ được tia tới và tia phản xạ ta thực hiện các bước sau:

• Đầu tiên ta vẽ pháp tuyến NN’ vuông góc với gương tại điểm I
• Từ tia SI ta cho điểm A bất kì
• Ta kẻ đoạn AA’ vuông góc với NN’ tại H sao cho AH=HA’
• Kẻ đoạn A’I 

Dạng 2: Dùng định luật phản xạ để xác định vị trí gương

Với dạng  bài tập này ta cần phải xác định được vị trí cần đặt gương khi biết được góc tới và góc phản xạ. Dưới đây là cách trình bày lời giải chi tiết của dạng bài tập áp dụng quy luật phản xạ ánh sáng

• Đầu tiên xác định được điểm tới I: tại điểm tia tới và tia phản xạ cắt nhau
• Xác định góc được hình thành tạo bởi tia tới và tia phản xạ
• Vẽ pháp tuyến NI
• Xác định ra vị trí cần đặt gương: Từ I kẻ thêm đường thẳng vuông góc pháp tuyến. đường thẳng đó là vị trí cần đặt gương

Các loại phản xạ ánh sáng thường thấy

Có khá nhiều loại phản xạ ánh sáng, tuỳ vào từng lĩnh vực sẽ có những tên gọi khác nhau. Nhưng quy chung sẽ có hai loại phản xạ ánh sáng thường xuyên được bắt gặp nhất

Phản xạ ánh sáng thường xuyên

Với độ phản xạ này chùm ánh sáng tới song song sẽ phản xạ hoàn toàn ngược lại song song theo một hướng xác định. Các tia tới song song vẫn sẽ song song sau khi bị phản xạ.

Chúng chỉ đi theo một hướng và chỉ xuất hiện khi phản xạ trên những mặt phẳng như là gương phẳng, các mặt phẳng của kim loại góc tới. Và góc phản xạ gần như sẽ bằng nhau vì thế loại phản xạ này sẽ cho ra chùm tia song song phản xạ giống như chùm tia tới mà đi theo một hướng khác.

Phản xạ ánh sáng khuếch tán

Chùm ánh sáng tới song song sẽ bị phản xạ theo những hướng khác nhau. Các tia tới song song nhưng khi là tia phản xạ thì sẽ không song song với nhau nữa. Thay vào đó chúng sẽ bị tán xạ ra nhiều hướng.

Với trường hợp này người ta gọi là tán xạ không đồng đều. Hiện tượng phản xạ khuếch tán này thường xảy ra với những mặt phẳng không bằng phẳng như những kim loại chưa được đánh bóng hay gương cầu lồi, gương cầu lõm.

Bởi vì góc tới và góc phản xạ có độ lớn khác nhau nên những tia sáng của tia tới khi rơi vào mặt phẳng không bằng phẳng nó sẽ bị khuếch tán theo nhiều hướng khác nhau.

Định luật phản xạ ánh sáng và các ứng dụng của nó 

Nắm bắt được quy luật phản xạ ánh sáng nhân loại đã tận dụng hiện tượng này để tạo ra nhiều vật dụng phục vụ những mưu cầu khác nhau của con người. Dưới đây là một số ứng dụng của hiện tượng phản xạ ánh sáng trong thực tiễn.

Gương phẳng, gương cầu lõm và gương cầu lồi có đặc điểm?

Gương là một trong những ứng dụng phổ biến nhất khi nhắc đến phản xạ ánh sáng. Chúng xuất hiện mọi nơi từ trong nhà ra đến đầu hẻm, mọi người không ai là chưa từng sử dụng qua gương.

Bằng việc gương phẳng phản xạ thường xuyên các chùm tia tới song song tạo ra hình ảnh giống hệt người đứng trước gương nên nó được tận dụng vào việc phản chiếu ảnh đặc biệt là thường dùng trong những salon tiệm tóc.

Đối với gương cầu lồi, cầu lõm thì lại tạo ra những hình ảnh to hoặc nhỏ hơn so với sự vật bên ngoài do hiện tượng phản xạ ánh sáng khuếch tán. Những tấm gương này được sử dụng thường xuyên trên những cung đường khuất tầm nhìn để người lái có thể dễ dàng hình dung được phía trong đoản khúc có gì

Kính thiên văn

Kính thiên văn là một trong những ứng dụng cải tiến của việc áp dụng phản xạ ánh sáng nhiều lần. Trong thời kỳ trước đây, lúc mà ngành thiên văn học mới ra đời muốn quan sát được cái vật ở xa thì các nhà khoa học đã nghiên cứu cho ra kính thiên văn qua.

Việc áp dụng các sự khúc xạ phản xạ ánh sáng nhiều lần qua các lăng kính mà phóng to các hành tinh ở xa hàng trăm lần từ đó mà có thể xác định những hành tinh mà mắt thường không thể nhìn thấy được.

Kết luận

Định luật phản xạ ánh sáng là một trong những định luật vạn lý cơ bản của ánh sáng. Nó không chỉ là một kiến thức lý thuyết hàn lâm mà vận dụng khá nhiều vào trong cuộc sống hàng ngày. Thông qua bài viết này mong rằng có thể cung cấp thêm cho các bạn thêm một nguồn kiến thức mới hữu ích