Những câu hỏi vì sao

CẦU VỒNG - Quà tặng của tự nhiên ...
Thực chất, cầu vồng được tạo ra như thế nào? Thông thường ta chỉ quan
sát được cầu vồng có hình một cung tròn vào buổi sáng hoặc buổi chiều khi
mặt trời chưa lên cao. Tại sao vậy?
Cầu vồng thực chất là quang phổ của mặt trời do sự tán sắc ánh sáng qua
những giọt nước mưa hình cầu tạo ra. Nếu xét một giọt nước hình cầu được
ánh sáng mặt trời rọi tới. Trong chùm sáng mặt trời có vô số tia sáng, chúng
khúc xạ, phản xạ và ló ra khỏi giọt nước theo các góc lệch khác nhau. Do sự
tán sắc, góc lệch cực tiểu của các tia sáng thay đổi theo màu sắc của chùm
sáng đó. Các phép tính cho thấy: góc lệch cực tiểu của tia đỏ chừng 138 0, của
tia vàng chừng 138030/, của tia tím chừng 1400. Nếu đứng quay lưng về phía
mặt trời nhìn về phía giọt nước thì các tia này rọi vào mắt, vì có vô số giọt
nước, và các tia này tới mắt theo các phương khác nhau, nên khi chúng gặp
nhau (ở vô cực) tạo nên cầu vồng có sắc màu rực rỡ. Các tính toán lí thuyết
cho thấy: các tia sáng đi từ các giọt nước khác nhau tới mắt phải làm với
phương của ánh sáng tới cùng một góc 420 (đối với ánh sáng màu đỏ) hoặc 400
(đối với ánh sáng màu tím) tức là các tia sáng màu đỏ phải ở cùng trên một
hình nón tròn xoay mà nửa góc ở đỉnh là 42 0 trục là đường thẳng vẽ từ mắt
theo hướng của tia sáng mặt trời. Chính vì lí do này mà cầu vồng có hình tròn.
Tuy nhiên do có đường chân trời nên một phần đường tròn cầu vồng bị che
khuất dưới đường chân trời, ta chỉ còn nhìn thấy cầu vồng là một cung tròn
mà thôi. Khi mặt trời lên cao thì phần cầu vồng ở dưới chân trời, ta không thể
trông thấy cầu vồng nữa. Vì vậy cầu vồng chỉ xuất hiện lúc sáng sớm hoặc
buổi chiều khi mặt trời không lên quá cao.
Một số người thường đi trên máy bay đã có lần may mắn nhìn thấy cầu
vồng xuất hiện cả một vòng tròn. Trong khi đó khi ở dưới mặt đất không thể
quan sát được hiện tượng như vậy. Tại sao lại như thế?
Đơn giản là muốn trông thấy cầu vồng vào buổi trưa, hoặc trông thấy cả
vòng tròn ta phải đứng cao hơn các giọt mưa. Điều này có thể thực hiện được
đối với những người lái máy bay (hoặc đi trên máy bay), khi bay cao hơn đám
mây mưa, có thể trông thấy cầu vồng đủ cả vòng tròn ở bên dưới máy bay .

Cầu vồng ngược
Bạn đã từng nghe nói đến "cầu vồng ngược"? Đó là một hiện tượng
quang học độc đáo, thú vị và không hề có liên quan đến những giọt nước
mưa.
Andrew G. Saffas - một nghệ sĩ kiêm nhiếp ảnh gia đã may mắn chụp lại
được khoảnh khắc đáng nhớ này vào một buổi chiều có sương mù


Về mặt vật lí thì đây không phải là cầu vồng, cũng không phải do tác giả
của bức hình đã sử dụng kĩ xảo điện ảnh. Đây là một hiện tượng đặc biệt, và
nguyên nhân của nó không hề có liên quan đến mưa, mà là kết quả của hiện
tượng tán sắc của các ánh sáng từ Mặt Trời khi khúc xạ và phản xạ qua một
loại tinh thể lỏng.
Andrew G. Saffas, một nghệ sĩ kiêm nhiếp ảnh gia chuyên về các hiện
tượng tương hợp, đã quan sát thấy loại “cầu vồng” này vào 3h51 phút một
buổi chiều đẹp trời. Sáng ngày hôm đó có một trận mưa, điều này khiến ông
cho rằng đây là một dị bản của ánh cầu vồng quen thuộc - hiện tượng tán sắc
của các ánh sáng từ Mặt Trời khi khúc xạ và phản xạ qua các giọt nước mưa.
Kì thực hình ảnh mà Saffas trông thấy là một hiện tượng quang học có
tên chuyên môn là Cung cir*****zenithal. Nguyên nhân của hiện tượng này là
do sự tán sắc của ánh sáng từ Mặt Trời khi khúc xạ và phản xạ qua một loại
tinh thể lỏng mà mắt thường không nhìn thấy được trong một điều kiện khí
hậu nhất định. Theo nghiên cứu thì loại tinh thể gây ra hiện tượng này không
lớn hơn một hạt cát, có sáu mặt và chỉ xuất hiện ở độ cao từ 5 đến 8 km trong
điều kiện thời tiết có sương mù và nhiều mây.
vào buổi chiều muộn của ngày này, khi ánh mặt trời buông xuống, bầu
trời vẫn mang một màu xanh tươi sáng. Khi đó, ánh mặt trời có thể chiếu xéo
qua những tinh thể lỏng. Chính hiện tượng này tạo ra sự tán sắc của các tia
nắng và tạo ra những hình ảnh tương tự như người ta vẫn thấy ở các cầu vồng
thông thường.

Tuy nhiên, cung bậc của loại cầu vồng này có thứ tự xuất hiện hoàn toàn
ngược lại với màu sắc của cầu vồng bình thường. Các màu sắc cầu vồng
thường nằm theo thứ tự đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. Còn ở hiện
tượng quang học này, màu đỏ hiện ra ở cuối và hai màu chàm và tím xuất hiện
đầu tiên. Theo nghiên cứu của nhà vật lí học Joe Jordan, hiện tượng này sẽ kết
thúc khi các tinh thể lỏng không còn tồn tại.


Hiện tượng vật lý
Sự phản xạ ánh sáng
Sự phản xạ ánh sáng (và các dạng khác của bức xạ điện từ) xảy ra khi sóng chạm phải
một bề mặt hoặc một ranh giới khác không hấp thụ năng lượng bức xạ và lảm bật sóng ra khỏi
bề mặt đó. Thí dụ phản xạ ánh sáng đơn giản nhất là bề mặt của một hồ nước phẳng lặng, ở đó
ánh sáng tới bị phản xạ theo kiểu có trật tự, tạo ra ảnh rõ ràng của quang cảnh xung quanh hồ.
Ném một hòn đá xuống hồ (xem hình 1), và nước bị nhiễu loạn hình thành sóng, làm phá vỡ sự
phản xạ bởi làm tán xạ các tia sáng phản xạ theo mọi hướng.
Một số lời giải thích sớm nhất cho sự phản xạ ánh sáng xuất phát từ nhà toán học Hy Lạp
cổ đại Euclid , người đã dẫn ra một loạt thí nghiệm vào khoảng năm 300 trước Công nguyên, và
có vẻ đã có một sự hiểu biết tốt về cách ánh sáng bị phản xạ. Tuy nhiên, phải mất hơn một thiên
niên kỉ và 5 thế kỉ nữa thì nhà khoa học người Arab Alhazen mới đề ra được một định luật mô
tả chính xác điều xảy ra với tia sáng khi nó chạm phải một bề mặt phẳng và rồi bật trở lại vào
không gian.
Sóng ánh sáng đến gọi là sóng tới, và sóng bật khỏi bề mặt gọi là sóng phản xạ. Ánh sáng
trắng khả kiến có hướng đi đến bề mặt gương ở một góc (tới) bị phản xạ trở lại vào không gian
bởi mặt gương ở một góc khác (góc phản xạ) bằng với góc tới, như biểu diễn trên hình 2 cho
hoạt động của chùm tia sáng phát ra từ đèn flash tác dụng lên bề mặt gương phẳng, nhẵn. Như
vậy, góc tới bằng với góc phản xạ đối với ánh sáng khả kiến cũng như mọi bước sóng khác
thuộc phổ bức xạ điện từ. Ý tưởng này thường được gọi là định luật phản xạ. Điều quan trọng
cần lưu ý là ánh sáng không tách thành các màu thành phần của nó do nó không bị “bẻ cong”
hoặc bị khúc xạ, và mọi bước sóng đều bị phản xạ ở góc bằng nhau. Bề mặt phản xạ ánh sáng

tốt nhất phải rất nhẵn, ví dụ như gương thủy tinh hoặc mặt kim loại láng bóng, mặc dù tất cả
mọi bề mặt đều phản xạ ánh sáng ở mức độ nào đó.
Do ánh sáng hành xử trong một số kiểu giống như sóng và trong một số kiểu khác lại
giống như hạt, nên một vài lí thuyết phản xạ ánh sáng độc lập nhau đã ra đời. Theo thuyết sóng,
sóng ánh sáng trải ra từ nguồn phát theo mọi hướng, và va chạm lên gương, bị phản xạ ở góc
được xác định bởi góc mà ánh sáng đi tới. Quá trình phản xạ làm đảo ngược sóng sau ra trước,
đó là lí do tại sao người ta lại nhìn thấy ảnh lộn ngược. Hình dạng của sóng ánh sáng phụ thuộc
vào kích thước của nguồn sáng và khoảng cách mà ánh sáng truyền đi để chạm tới gương. Mặt
sóng phát ra từ một nguồn ở gần gương sẽ bị cong nhiều, còn mặt sóng phát ra từ một nguồn ở
xa sẽ gần như là thẳng, nhân tố sẽ ảnh hưởng tới góc phản xạ.


Theo thuyết hạt, khác biệt với ý tưởng sóng ở một vài chi tiết quan trọng, thì ánh sáng đi
đến gương dưới dạng một dòng hạt nhỏ xíu, gọi là photon, chúng bật khỏi bề mặt gương khi
chạm phải. Vì các hạt quá nhỏ, chúng truyền đi rất gần nhau (hầu như liên tục) và nảy trở lại từ
những điểm khác nhau, nên trật tự của chúng bị đảo ngược lại, tạo ra ảnh gương. Tuy nhiên, dù
cho ánh sáng là sóng hay là hạt thì kết quả của sự phản xạ đều như nhau. Ánh sáng phản xạ tạo
ra ảnh gương.
Lượng ánh sáng bị phản xạ bởi một vật, và cách thức nó bị phản xạ, phụ thuộc nhiều vào
mức độ nhẵn hoặc kết cấu của bề mặt vật. Khi các khiếm khuyết bề mặt nhỏ hơn bước sóng của
ánh sáng tới (như trường hợp gương), thì hầu như tất cả ánh sáng bị phản xạ giống nhau. Tuy
nhiên, trong thế giới thực, đa số các vật có bề mặt gồ ghề biểu hiện sự phản xạ khuếch tán, với
ánh sáng tới bị phản xạ theo mọi hướng. Nhiều vật mà chúng ta nhìn thấy ngẫu nhiên trong
cuộc sống hàng ngày (con người, xe hơi, nhà cửa, động vật, cây cối,...) tự chúng không phát ra
ánh sáng khả kiến mà phản xạ ánh sáng Mặt Trời tự nhiên và ánh sáng nhân tạo đi tới chúng.
Thí dụ, một quả táo trông có màu đỏ chói vì nó có bề mặt tương đối nhẵn phản xạ ánh sáng đỏ
và hấp thụ các bước sóng không phải màu đỏ (như màu xanh lá cây, xanh dương, và vàng) của
ánh sáng. Sự phản xạ ánh sáng có thể phân loại thô thành hai loại phản xạ. Sự phản xạ phản
chiếu được định nghĩa là ánh sáng phản xạ từ một bề mặt nhẵn ở mộc góc xác định, còn sự
phản xạ khuếch tán được tạo ra bởi những bề mặt gồ ghề có xu hướng phản xạ ánh sáng theo

mọi hướng (như minh họa trong hình 3). Trong môi trường sống hàng ngày của chúng ta, sự
phản xạ khuếch tán xảy ra nhiều hơn so với phản xạ phản chiếu.
Để hình dung sự khác nhau giữa phản xạ phản chiếu và phản xạ khuếch tán, hãy xét hai
bề mặt rất khác nhau, một cái gương nhẵn bóng và một bề mặt hơi đỏ gồ ghề. Cái gương phản
xạ mọi thành phần của ánh sáng trắng (như các bước sóng đỏ, lục, lam) hầu như giống nhau, và
ánh sáng phản xạ phản chiếu đi theo lộ trình có cùng góc bình thường như ánh sáng tới. Tuy
nhiên, bề mặt màu đỏ gồ ghề thì không phản xạ hết mọi bước sóng, do nó hấp thụ hết đa phần
thành phần lục và lam, và phản xạ ánh sáng đỏ. Ánh sáng khuếch tán phản xạ từ những bề mặt
gồ ghề cũng bị tán xạ ra theo mọi hướng.


Có lẽ thí dụ tốt nhất của sự phản xạ phản chiếu, mà chúng ta bắt gặp trong cuộc sống
hàng ngày, là ảnh gương tạo bởi một cái gương trong nhà mà ai cũng đã từng nhiều lần đứng
trước nó soi ngắm dung nhan mình. Bề mặt thủy tinh phản chiếu nhẵn bóng của gương tạo ra
một ảnh ảo của người quan sát do ánh sáng phản xạ đi thẳng trở lại vào mắt. Ảnh này được gọi
là ảo do nó không thật sự tồn tại (không có ánh sáng được tạo ra) và xuất hiện phía sau mặt
phẳng gương do giả định mà não người vốn dĩ gây ra. Cách thức đơn giản nhất để thấy xuất
hiện ảnh này là hãy hình dung khi nhìn sự phản xạ của một vật đặt nằm về một phía của người
quan sát, sao cho ánh sáng đi từ vật chạm tới gương ở một góc nào đó và bị phản xạ ở một góc
bằng như vậy tới mắt của người quan sát. Khi mắt nhận được các tia phản xạ, não người đã giả
định rằng ánh sáng đi tới mắt theo lộ trình đường thẳng trực tiếp. Lần ngược theo các tia sáng đi
về phía gương, não thu được một ảnh nằm phía sau gương. Đặc điểm thú vị của sự phản xạ này
là ảnh của vật được quan sát thấy phía sau mặt phẳng gương, nằm cách gương một khoảng bằng
với khoảng cách từ gương tới vật thật nằm ở phía trước gương.
Loại phản xạ nhìn thấy trong gương phụ thuộc vào hình dạng của gương và, trong một số
trường hợp, còn phụ thuộc vào khoảng cách từ vật tới gương. Các gương không phải lúc nào
cũng phẳng và có thể tạo ra nhiều hình thể đa dạng mang lại những đặc trưng phản xạ lí thú và
hữu ích. Các gương lõm, thường thấy trong những chiếc kính thiên văn quang học cỡ lớn, được
dùng để thu thập ánh sáng yếu ớt phát ra từ những ngôi sao rất xa xôi. Bề mặt cong của gương
tập trung các tia sáng song song đến từ khoảng cách lớn vào một điểm cho cường độ cao. Thiết

kế gương này cũng thường thấy ở gương cạo hoặc gương trang điểm, nơi ánh sáng phản xạ tạo
ra ảnh phóng to của khuôn mặt. Phần bên trong của một cái thìa sáng bóng là ví dụ phổ biến
của bề mặt gương lõm, và có thể được dùng để chứng minh một số tính chất của loại gương
này. Nếu phần bên trong của cái thìa được giữ ở gần mắt, sẽ nhìn thấy một ảnh phóng to trực
diện của mắt (trong trường hợp này, mắt gần với tiêu điểm của gương hơn). Nếu cái thìa được
mang ra xa, sẽ nhìn thấy một ảnh thu nhỏ lộn ngược của toàn bộ gương mặt. Ở đây, ảnh bị lộn
ngược do nó hình thành sau khi các tia phản xạ đi qua tiêu điểm của bề mặt gương.
Một loại gương có bề mặt cong khác, gương lồi, thường dùng làm kính chiếu hậu cho ô
tô, xe máy, bề mặt gương uốn cong ra phía ngoài tạo ra tầm nhìn cảnh tượng phía sau nhỏ hơn,
toàn cảnh hơn. Khi các tia sáng song song chạm tới bề mặt gương lồi, sóng ánh sáng bị phản xạ
ra ngoài sao cho chúng phân kì. Khi não lần theo dấu vết tia sáng, chúng có vẻ đến từ phía sau
gương, nơi chúng sẽ phân kì, tạo ra ảnh thẳng đứng nhỏ hơn (ảnh thẳng đứng vì ảnh ảo được
hình thành trước khi các tia sáng đi qua tiêu điểm). Gương lồi cũng được sử dụng làm gương
góc nhìn rộng đặt ở các hành lang và nơi buôn bán vì mục đích bảo mật và an toàn. Ứng dụng
vui vẻ nhất của gương lồi là những chiếc gương kì lạ tìm thấy ở các hội chợ, hội hè, và nhà
cười. Những chiếc gương này thường là kết hợp các bề mặt lồi và lõm hỗn hợp, hoặc các bề
mặt thay đổi độ cong chút ít, để tạo ra sự phản xạ kì quái, méo mó khi người ta nhìn vào hình


của chính mình.

Những chiếc thìa có thể dùng để mô phỏng gương lồi và gương lõm, như minh họa trong
hình 4 cho sự phản xạ của một người phụ nữ trẻ đứng bên cạnh một hàng rào gỗ. Khi hình
người phụ nữ và hàng rào bị phản xạ từ bề mặt hình bát bên ngoài (lồi) của cái thìa, thì ảnh là
thẳng đứng, nhưng bị méo mó ở cạnh ngoài do độ cong cái thìa thay đổi. Trái lại, khi lật ngược
cái thìa (bề mặt hình bát bên trong, hay bề mặt lõm) để phản xạ quang cảnh thì ảnh của người
phụ nữ và hàng rào bị lộn ngược.
Hình ảnh phản xạ thu được từ hai loại gương lồi và gương lõm được biểu diễn trong hình
5. Gương lõm có bề mặt phản xạ cong vào trong, giống như phần bên trong của một hình cầu.
Khi ánh sáng song song với trục chính, hoặc trục quang, bị phản xạ bởi bề mặt gương lõm

(trong trường hợp này, ánh sáng đi từ chân của con cú mèo), chúng hội tụ tại tiêu điểm (điểm
màu đỏ) nằm phía trước gương. Khoảng cách từ bề mặt phản xạ đến tiêu điểm được gọi là tiêu
cự của gương. Kích thước của ảnh phụ thuộc vào khoảng cách từ vật đến gương và vị trí của nó
đối với gương. Trong trường hợp, con cú mèo đặt nằm ngoài tâm cầu và ảnh phản xạ bị lộn
ngược và nằm giữa tâm cầu của gương và tiêu điểm của nó.

Gương lồi có bề mặt phản xạ cong ra phía ngoài, giống như phần phía ngoài của hình
cầu. Tia sáng song song với trục chính bị phản xạ khỏi bề mặt theo hướng phân kì khỏi tiêu
điểm nằm phía sau gương (hình 5). Ảnh hình thành với gương lồi luôn luôn cùng chiều với vật
và kích thước nhỏ lại. Những ảnh này cũng được gọi là ảnh ảo, vì chúng xuất hiện nơi các tia
phản xạ có vẻ phân kì từ tiêu điểm nằm phía sau gương.
Phương pháp cắt đá quý là một trong những ứng dụng quan trọng về mặt thẩm mĩ và vui


thích của nguyên lí phản xạ ánh sáng. Đặc biệt trong trường hợp kim cương, vẻ đẹp và giá trị
kinh tế của từng viên đá này chủ yếu được xác định bởi tương quan hình học ở các mặt ngoài
của đá. Các mặt được cắt vào viên kim cương sao cho đa phần ánh sáng rơi vào mặt trước của
viên đá đều phản xạ trở lại phía người quan sát (hình 6). Một phần ánh sáng bị phản xạ trực tiếp
từ những mặt bên ngoài phía trên, còn một số đi vào kim cương, sau khi phản xạ nội, lại bị
phản xạ ra khỏi viên đá từ những bề mặt bên trong của các mặt phía sau. Những lộ trình tia
sáng nội này và sự phản xạ bội là nguyên nhân gây ra vẻ lấp lánh của kim cương, thường được
gọi là “lửa” của nó. Một hệ quả thú vị của một viên đá được cắt hoàn hảo là nó sẽ cho sự phản
xạ rực rỡ khi nhìn từ phía trước, nhưng trông nó sẽ tối hơn hoặc mờ đi nếu nhìn từ phía sau,
như minh họa trong hình 6.

Các tia sáng phản xạ khỏi gương theo mọi góc mà từ đó chúng tới. Tuy nhiên, trong một
số trường hợp nhất định, ánh sáng chỉ có thể phản xạ từ một số góc chứ không theo những góc
khác, đưa đến một hiện tượng gọi là sự phản xạ nội toàn phần. Hiện tượng này có thể được
minh họa bởi một tình huống trong đó một người thợ lặn đang làm việc phía dưới mặt nước
hoàn toàn êm đềm chiếu một lóe sáng trực tiếp thẳng lên bề mặt nước. Nếu ánh sáng chạm

vuông góc với bề mặt nước, nó sẽ tiếp tục đi ra khỏi nước theo phương thẳng đứng vào không
khí. Nếu chùm ánh sáng đi tới bề mặt với một góc nhỏ, sao cho nó chạm tới bề mặt ở một góc
xiên, thì chùm tia sẽ ló ra khỏi nước, nhưng sẽ bị bẻ cong bởi sự khúc xạ về phía mặt phẳng
nước. Góc hợp giữa chùm tia ló và mặt nước sẽ nhỏ hơn góc hợp giữa chùm ánh sáng và bề mặt
dưới nước.
Nếu người thợ lặn tiếp tục điều chỉnh góc ánh sáng sớt qua bề mặt nước, thì chùm tia đi
ra khỏi nước ngày càng gần bề mặt hơn, cho đến một số điểm nó sẽ song song với bề mặt. Vì
ánh sáng bị bẻ cong do khúc xạ, nên chùm tia ló sẽ trở nên song song với bề mặt trước khi ánh
sáng phía dưới nước chạm tới cùng một góc đó. Điểm mà ở đó chùm tia ló trở nên song song
với bề mặt xuất hiện gọi là góc tới hạn đối với nước. Nếu ánh sáng được chiếu góc nhỏ hơn nữa
thì không có tia nào ló ra cả. Thay vì khúc xạ, toàn bộ ánh sáng sẽ phản xạ ở mặt nước trở lại
nước giống như sự phản xạ ở mặt gương.
Nguyên lí phản xạ nội toàn phần là cơ sở cho sự truyền ánh sáng trong sợi quang mang
lại các thủ tục y khoa như phép nội soi, truyền tín hiệu điện thoại mã hóa dưới dạng xung ánh
sáng, và những dụng cụ như các loại đèn rọi sáng sợi quang dùng rộng rãi trong kính hiển vi và
những công việc khác yêu cầu hiệu ứng chiếu sáng chính xác. Lăng kính được dùng trong ống
nhòm và camera phản xạ một thấu kính cũng sử dụng sự phản xạ nội toàn phần để hướng ảnh


qua vài góc 90 độ và đi vào mắt người sử dụng. Trong trường hợp truyền tin sợi quang, ánh
sáng đi vào một đầu sợi bị phản xạ nội vô số lần từ thành sợi theo đường zic zắc tới đầu bên
kia, không có ánh sáng nào thoát ra khỏi thành sợi mỏng mảnh cả. Phương pháp “thổi” ánh
sáng này có thể duy trì trên những khoảng cách xa với vô số điểm uốn dọc theo đường dẫn sợi
quang.
Sự phản xạ nội toàn phần chỉ có thể xảy ra dưới những điều kiện nhất định. Ánh sáng
phải truyền trong môi trường có chiết suất tương đối cao, và giá trị này phải cao hơn giá trị
chiết suất của môi trường bao quanh. Nước, thủy tinh, và nhiều chất plastic, do đó, có thể được
sử dụng khi chúng được bao quang bởi không khí. Nếu chọn chất thích hợp, sự phản xạ của ánh
sáng bên trong sợi hay ống quang sẽ xảy ra ở góc cạn so với bề mặt bên trong (xem hình 7), và
tất cả ánh sáng sẽ được giữ toàn bộ bên trong ống cho tới khi nó đi ra khỏi đầu phía bên kia.

Tuy nhiên, ở đầu vào sợi quang, ánh sáng phải chạm tới ở góc tới lớn để truyền qua lớp bao và
đi vào sợi.

Nguyên lí phản xạ được khai thác lợi ích to lớn trong nhiều thiết bị và dụng cụ quang học
và thường gồm áp dụng nhiều cơ chế khác nhau để làm giảm sự phản xạ khỏi bề mặt tham gia
vào sự tạo ảnh. Cơ sở của công nghệ chống phản xạ là điều khiển ánh sáng sử dụng trong dụng
cụ quang theo kiểu sao cho các tia sáng phản xạ khỏi bề mặt nơi nó được mong đợi và có lợi, và
không phản xạ khỏi bề mặt nơi có ảnh hưởng có hại lên ảnh quan sát được. Một trong những
tiến bộ nổi bật nhất trong việc chế tạo thấu kính hiện đại, dùng trong kính hiển vi, camera hoặc
những dụng cụ quang khác, là thành tựu của công nghệ phủ chống phản xạ.
Những lớp phủ mỏng loại vật liệu nhất định, khi áp dụng với bề mặt thấu kính, có thể
giúp làm giảm sự phản xạ không mong muốn từ bề mặt có khả năng xảy ra khi ánh sáng truyền
qua hệ thấu kính. Những thấu kính hiện đại được hiệu chỉnh cao đối với sự quang sai, nói
chung có nhiều thấu kính riêng rẽ, hoặc các đơn vị thấu kính, và thường được gọi đúng hơn là
hệ thấu kính hoặc hệ quang cụ. Mỗi mặt phân giới không khí-thủy tinh trong một hệ như vậy,
nếu không được phủ chất làm giảm sự phản xạ, có thể phản xạ từ 4 đến 5% chùm ánh sáng tới
thông thường khỏi bề mặt, kết quả là giá trị truyền chỉ đạt 95 đến 96% ở sự tới bình thường.
Ứng dụng của lớp phủ chống phản xạ dày 1/4 bước sóng có chiết suất đặc biệt được chọn có thể
làm tăng giá trị truyền thêm 3 tới 4%.
Vật kính hiện đại dùng cho kính hiển vi, cũng như dùng cho camera và các quang cụ


khác, ngày càng trở nên phức tạp và tinh vi hơn, và có thể gồm 15 hoặc nhiều hơn đơn vị thấu
kính ghép lại với nhiều mặt phân giới thủy tinh-không khí. Nếu không có đơn vị nào được phủ
chất, sự thất thoát do phản xạ trong thấu kính khỏi tia trục sẽ làm giảm giá trị truyền đi khoảng
50%. Trước đây, những lớp phủ đơn lẻ đã được sử dụng để làm giảm ánh chói và làm tăng sự
truyền sáng, nhưng những lớp này dần bị thay thế bởi những lớp phủ nhiều lớp có thể mang lại
giá trị truyền trên 99,9% đối với ánh sáng khả kiến.

Hình 8 là giản đồ mô tả sóng ánh sáng phản xạ từ một đơn vị thấu kính có hai lớp phủ

chống phản xạ. Sóng tới chạm phải lớp thứ nhất (lớp A trong hình 8) tại một góc, kết quả là
một phần ánh sáng bị phản xạ (R 0) và một phần truyền qua lớp thứ nhất. Khi đi vào lớp chống
phản xạ thứ hai (lớp B), một phần khác của ánh sáng (R 1) bị phản xạ theo góc như cũ và giao
thoa với ánh sáng phản xạ từ lớp thứ nhất. Một số ánh sáng còn lại tiếp tục đi tới mặt thủy tinh,
ở đó chúng lại bị phản xạ một phần và một phần truyền qua. Ánh sáng phản xạ khỏi mặt thủy
tinh (R2) giao thoa (cả tăng cường và triệt tiêu) với ánh sáng phản xạ từ các lớp chống phản xạ.
Chiết suất của các lớp chống phản xạ khác với chiết suất của thủy tinh và môi trường bao quanh
(không khí), và được lựa chọn cẩn thận theo thành phần của thủy tinh dùng trong đơn vị thấu
kính nhất định để tạo ra góc khúc xạ mong muốn. Khi sóng ánh sáng truyền qua các lớp phủ
chống phản xạ và mặt thấu kính thủy tinh, gần như toàn bộ ánh sáng (phụ thuộc vào góc tới)
cuối cùng được truyền qua đơn vị thấu kính và hội tụ để tạo nên ảnh.
Magnesium fluoride là một trong nhiều chất được dùng làm lớp phủ mỏng chống phản xạ
quang, mặc dù đa số các nhà chế tạo kính hiển vi và thấu kính hiện nay có công thức chất phủ
độc quyền riêng của họ. Kết quả nói chung của những lớp phủ chống phản xạ này là nó cải
thiện sâu sắc chất lượng ảnh trong các quang cụ do nó làm tăng sự truyền bước sóng khả kiến,
làm giảm ánh chói từ sự phản xạ không mong muốn, và loại trừ sự giao thoa từ những bước
sóng không mong đợi nằm ngoài vùng phổ ánh sáng khả kiến.
Sự phản xạ của ánh sáng khả kiến là một tính chất hành xử của ánh sáng đóng vai trò nền
tảng trong chức năng của mọi kính hiển vi hiện đại. Ánh sáng thường bị phản xạ bởi một hoặc
nhiều gương phẳng trong kính hiển vi hướng đường đi ánh sáng qua thấu kính hình thành nên
ảnh ảo mà chúng ta nhìn thấy trong mắt (thị kính). Kính hiển vi cũng sử dụng các bộ tách chùm
tia để cho phép một số ánh sáng phản xạ, đồng thời truyền qua một phần ánh sáng đến những
phần khác của hệ quang cụ. Những thành phần quang khác trong kính hiển vi, như các lăng


kính được chế tạo đặc biệt, các bộ lọc, và những lớp phủ thấu kính, cũng thực hiện chức năng
của chúng trong việc tạo ảnh trên cơ sở hiện tượng phản xạ ánh sáng.
Tác giả: Thomas J.Fellers, Micheal Davidson
Nguồn: Thư viện Vật lý

Ảo tượng trong vật lý
Cầu vồng - Quà tặng của tự nhiên
Cầu vồng ngược

Malaysia: xuất hiện cầu vồng tròn


cầu vồng tròn
Ngày 6/7/2007, một cầu vồng hình tròn bất ngờ xuất hiện trên bầu trời Malaysia. Hiện
tượng thiên nhiên kỳ lạ gây không ít ngỡ ngàng cho dân chúng và trở thành đề tài nóng
hổi cho các phương tiện truyền thông nước này.
Trên thực tế, đó không phải là một cầu vồng thật mà là hiện tượng “giả mặt trời” hiếm
gặp; xuất hiện khi mặt trời dưới tầng trời thấp, ánh sáng của nó bắt được những sợi mảnh
được hình thành từ hơi nước thuỷ tinh.
Đứng cách bề mặt trái đất khoảng 1,6093 km của tầng khí quyển, những tia sáng bị hạt
băng trong không khí khúc xạ nên hình thành một vòng tròn quay quanh mặt trời.

Nguồn đọc thêm: />name=News&file=article&sid=13747#ixzz10pKMPJif
Đăng rao vặt free

Tại sao bầu trời lại xanh?
Màu xanh lơ của bầu trời, các nhà vật lý giải thích, là do các tia sáng
xanh bị bẻ cong đi nhiều hơn tia sáng đỏ. Nhưng sự cong thêm này - còn gọi
là hiện tượng tán xạ - cũng mạnh không kém ở các tia tím, vậy tại sao bầu
trời không phải là màu tía!
Câu trả lời, được giải thích đầy đủ lần đầu tiên trên một tạp chí khoa
học, đó là do mắt của người quan sát.
Ánh sáng trắng được tạo thành từ tất cả các màu trong cầu vồng. Các
nhà vật lý cho rằng khi ánh sáng mặt trời đi vào bầu khí quyển trái đất, gặp
phải các phân tử nhỏ nitơ và ôxy trên bầu trời, nó bị tán xạ, hoặc khúc xạ.

Các tia sáng có bước sóng ngắn nhất (xanh và tím) bị tán xạ mạnh hơn các
tia sóng dài (đỏ và vàng). Vì thế, khi chúng ta nhìn theo một hướng trên bầu
trời, chúng ta nhìn thấy những bước sóng bị bẻ cong nhiều nhất, thường là
cuối dải màu xanh.
Vào thế kỷ 19, nhà vật lý John William Strutt (nổi tiếng với tước vị
Huân tước Rayleigh) đã viết phương trình biểu diễn sự tán xạ trên bầu trời.


Và gần đây, Raymond Lee từ Học viện hải quân Mỹ tiến hành đo ánh sáng
trên bầu trời vào giữa trưa. Cả phương trình và phép đo đạc đều cho thấy
đỉnh của ánh sáng tím tới mắt ta cũng nhiều không kém gì ánh sáng xanh
dương.
"Cách lý giải truyền thống về bầu trời xanh là ánh sáng mặt trời bị tán
xạ - các bước sóng ngắn hơn thì tán xạ mạnh hơn các tia sóng dài. Song thực
tế, một nửa lời giải thích thường bị bỏ qua: đó là bằng cách nào mắt chúng ta
nhận được phổ này", Glenn Smith, một giáo sư cơ khí tại Viện Công nghệ
Georgia nhận xét. Smith đã viết một bài báo để giải thích trên số mới đây
của tạp chí American Journal of Physics, kết hợp vật lý ánh sáng với hệ
thống thị giác của mắt người.
Mắt người nhìn được màu sắc là nhờ vào 3 loại tế bào hình nón trên
võng mạc. Mỗi loại cảm nhận tương ứng với một loại ánh sáng có bước sóng
khác nhau: dài, vừa và ngắn. "Bạn sẽ cần cả ba loại tế bào này mới nhìn màu
chính xác được", Smith giải thích.
Khi một bước sóng ánh sáng đi đến mắt, tế bào hình nón sẽ gửi một
tín hiệu tới não. Nếu là ánh sáng xanh dương với các gợn sóng ngắn, tế bào
nón sẽ phát tín hiệu để não nhìn ra màu xanh. Nếu là sóng đỏ với các bước
sóng dài, não sẽ nhìn thấy màu "đỏ".
Tuy nhiên cả ba loại tế bào nón trên đều nhạy cảm trên một khoảng
rộng, có chỗ chồng chập lên nhau, điều đó có nghĩa là hai phổ khác nhau có
thể gây ra cùng một phản ứng ở một nhóm các tế bào nón. Chẳng hạn nếu

một sóng đỏ và sóng xanh lục đi vào mắt cùng lúc, các tế bào nón khác nhau
sẽ gửi một tín hiệu mà não dịch ra là màu vàng.
Smith đã chỉ ra rằng, màu cầu vồng đa sắc của bầu trời khi đi vào mắt
người sẽ được cảm nhận tương tự như sự chồng chập của ánh sáng xanh
dương "nguyên chất" với ánh sáng trắng. Và đó là lý do vì sao bầu trời xanh
lơ - hoặc gần như vậy.
"Mắt của bạn không thể phân biệt sự khác nhau giữa phổ tổng hợp
xanh dương - tím với hỗn hợp của ánh sáng xanh dương nguyên chất và ánh
sáng trắng", Smith nói.
Trong mắt các loài động vật khác, màu của bầu trời lại khác hẳn. Trừ
người và một số loài linh trưởng, hầu hết động vật chỉ có hai loại tế bào hình
nón thay vì ba. Ong mật và một số loài chim nhìn ở bước sóng cực tím - loại
bước sóng vô hình trước con người.

Tại sao các vật có mầu sắc?
Có thể câu hỏi quá đơn giản chăng!
Khi ánh sáng chiếu vào một vật, nó có thể bị vật phản xạ, hấp thụ,
hoặc cho đi qua. Chiếu một chùm ánh sáng trắng vào một vật:


Nếu vật phản xạ tất cả ánh sáng có bước sóng khác nhau chiếu
vào nó, thì theo hướng phản xạ ta sẽ nhìn thấy vật có màu trắng.
Nếu vật hấp thụ tất cả các ánh sáng có bước sóng khác nhau
chiếu tới, thì theo hướng phản xạ hoặc truyền qua ta nhìn thấy nó có màu
đen.
Nếu vật hấp thụ đa số bức xạ chính trong quang phổ của ánh sáng
trắng, nó sẽ có màu xám.
Phần lớn các vật thể có màu sắc là do vật có cấu tạo từ những vật liệu
xác định và vật hấp thụ một số bước sóng ánh sáng và phản xạ, tán xạ những
bước sóng khác. Màu sắc các vật còn phụ thuộc vào màu sách của ánh sáng

rọi vào nó và khi nói một vật có màu này nọ, là ta đã giả định nó được chiếu
bằng chùm ánh sáng trắng. (ST)

Tại sao các vệ tinh lại chụp được ảnh của trái đất?
Khi chụp ảnh của những vật rất xa và cần có những tấm ảnh rõ nét,
người ta thường dùng phương pháp chụp ảnh bằng ống hồng ngoại.
Ánh sáng thông thường khi truyền đi xa trong không khí dễ bị các
phần tử trong không khí gây ra hiện tượng tán xạ. Với tia hồng ngoại, vì nó
có bước sóng dài nên rất ít bị không khí hoặc những phần tử nhỏ lơ lửng
trong không khí (như hơi nước chẳng hạn) tán xạ. nếu dùng phim bắt nhạy
tia hồng ngoại, ta có thể chụp được những bức ảnh của những vật ở rất xa
một cách rõ nét và có thể chụp được về ban đêm.
Nếu chụp ảnh bằng phim hồng ngoại về ban ngày, ta phải dùng kính
lọc sắc chặn tất cả những ánh sáng nhìn thấy.
Chính vì những lý do này mà từ độ cao hàng trăm kilômét những vệ
tinh nhân tạo vẫn chụp được ảnh rất rõ bằng tia hồng ngoại .
Đối với phim ảnh thông thường, độ nét giảm đi theo khoảng cách vì
không khí tán xạ ánh sáng các màu lam, tím... Kết quả là làm mờ cảnh vật ở
xa và làm cho tấm ảnh cũng bị mờ. (ST)

Tại sao cầu vồng lại cong?
Sau cơn mưa, trên bầu trời thường hay xuất hiện cầu vồng. Đó là một
dãi màu hình vòng cung. Lý do nào khiến nó cong như vậy ?
Không chỉ một mà đôi khi ta thấy hai cầu vồng cùng lúc xuất hiện và
màu của cầu vồng này ngược lại (tím, chàm, lam, lục, vàng, cam, đỏ).
Đối với một nhiếp ảnh gia nghiệp dư như chị Nola Davies thì bức ảnh
chụp cầu vồng của chị được coi là một 'cú nháy để đời'.


Bức ảnh được chụp tại một cái hồ gần nhà chị nhìn ra con sông

Camden Haven ở phía bắc Sydney, Australia. Trong khi mọi người chỉ nhận
thấy khoảng 3 đến bốn cầu vồng xuất hiện trong ảnh thì chị lại khăng khăng
có tất cả 6 cái trong đó.
"Tôi và John, chồng tôi phát hiện ra 4 cầu vồng. Đó là vào lúc sáng
sớm khi mặt trời mới chớm lên. Một vài cầu vồng khác có thể nhìn thấy
được qua sự phản chiếu từ mặt hồ", nhiếp ảnh gia nghiệp dư cho biết.

Bức ảnh qua sự phân tích của giáo sư Cowley.
Theo Daily Mail, chị Davies đã gửi bức ảnh tới giáo sư Les Cowley,
một chuyên gia về quang học của Anh. Vị giáo sư này cũng đồng tình với lời
khẳng định của chị và chỉ rõ 6 cầu vồng trong ảnh. "Trong nhiều năm, có rất
nhiều tài liệu nói về sự xuất hiện của cầu vồng lạ và khó giải thích nhưng
nếu không có những nhiếp ảnh gia siêu hạng thì khó mà nhìn thấy. Bức ảnh
6 cầu vồng của chị Davies thực sự là để đời".
"Hầu hết cầu vồng đều xuất hiện khi mặt trời lên sau cơn mưa. Cầu
vồng thứ nhất là thứ chúng ta đều nhìn thấy rõ và sáng nhất chính là sự phản
chiếu hoàn toàn qua những hạt mưa. Cầu vồng thứ hai xuất hiện là khi ánh
nắng mặt trời khúc xạ một lần nữa qua hạt mưa mà thỉnh thoảng chúng ta
mới nhìn thấy. Cái thứ ba là sự giao thoa giữa hai cái đầu sáng nhất. Nó
được tạo ra khi ánh nắng rọi xuống sông rồi phản chiếu ngược lại qua những
giọt nước mưa.
Cầu vồng ngược thứ tư được tạo ra bởi các chùm tia sáng qua những
giọt mưa khác nhau nhìn từ mặt sông lên. Cầu vồng thứ năm là sự phản


chiếu của hai cầu vồng từ sông và một trong những giọt nước. Cầu vồng
cuối cùng là khó nhìn nhất và cũng rất hiếm khi xảy ra chỉ là sự khúc xạ yếu
ớt của một cầu vồng từ mặt nước và hai cái qua hạt mưa ", giáo sư Les
Cowley giải thích.
Theo Ngoisao

Tại sao chụp ảnh các vật di động lại bị nhoè?
Quan sát một số ảnh chụp thể thao (ảnh vận động viên chạy, bóng đá,
đua xe đạp...) ta thường thấy có những vết nhòe sau lưng. Nguyên nhân n ào
dẫn đến nhược điển trên?
Về mặt vật lý, Nguyên nhân cơ bản dẫn đến nhược điểm trên là thời
gian mở cửa sập của máy ảnh chưa đủ ngắn. Các vận động viên chạy tốc độ
cao hay đua xe đạp là những “vật di động”, khi thời gian mở và đóng cửa sập
chưa đủ ngắn, không phải chỉ một ảnh của “vật di động” lưu lại trên phim tại
thời điểm bấm máy, mà ảnh của các vị trí tiếp theo của “vật di động” đó
cũng kịp lưu lại trên phim. Kết quả là, trên phim có rất nhiều ảnh của “vật di
động” chồng chất lên nhau, làm cho ảnh bị nhòe về phía sau (ngược với
hướng chuyển động của vật).

Ánh sáng và âm thanh.
Trong giờ thi vấn đáp môn vật lý (Physics). Ông thầy hỏi thí sinh đầu
tiên:
– Cái nào nhanh hơn, ánh sáng hay là âm thanh?
– Dạ em nghĩ là âm thanh!
– Humm, em căn cứ vào đâu?
– Dạ, khi bật ti-vi lên, em nghe được tiếng, sau đó mới thấy hình.
Thầy:
Rớt. Mời em thí sinh kế tiếp.
Thí sinh kế đi vô và cũng bị hỏi y chang như vậy và em trả lời:
Dĩ nhiên là ánh sáng!
Thầy (cảm thấy nhẹ nhõm khi nghe câu trả lời):
-

Em có thể giải thích tại sao không?

Khi bật radi-ô, em thấy đèn đi-ốt cháy sáng trước, sau đó mới
nghe âm thanh."
Thầy:
Đi..ra..! Rớt! Mời thí sinh cuối (là Coiti) vào!
Lần này thầy giáo moi ra đèn pin và cái còi. Trước mặt học trò ông ta
bật đèn và bấm còi cùng một lúc:
Em nhận được cái gì trước: ánh sáng hay là âm thanh
Ánh sáng!
Tại sao?
Dạ, dễ ợt! Tại 2 con mắt con người nằm trước hai lỗ taị!
Thầy:
-

Trời, học trò gì đâu... hết biết!