Bài 4. Hiện tượng tán sắc ánh sáng. Màu sắc ánh sáng

I. TÁN SẮC ÁNH SÁNG QUA LĂNG KÍNH

1. Lăng kính

Một khối đồng chất, trong suốt (nhựa, thuỷ tinh,....) có hai mặt không song song được gọi là lăng kính (hình 4.2). Lăng kính đơn giản có dạng lăng trụ tam giác (hình 4.2b).

Khi chiếu tia sáng đến mặt thứ nhất của lăng kính, tia sáng đi qua lăng kính và ló ra ở mặt thứ hai. Hai mặt đó được gọi là hai mặt bên, mặt còn lại được gọi là đáy của lăng kính.

Khi tìm hiểu đường đi của tia sáng qua lăng kính có dạng lăng trụ tam giác thì lăng kính được biểu diễn như hình 4.3. Trong đó, A là đỉnh, AB và AC biểu diễn hai mặt bên. BC biểu diễn đáy của lăng kính và n là chiết suất của lăng kính.

2. Đường đi của tia sáng qua lăng kính

Chiếu tia sáng đỏ SI tới mặt bên AB của lăng kính (hình 4.5). Tại I, tia sáng bị khúc xạ lần thứ nhất với i > r (do tia sáng đi từ không khí vào lăng kính). Sau đó, tia sáng truyền trong lăng kính tới mặt bên AC tại J và bị khúc xạ lần thứ hai với i' > r' (do tia sáng đi từ lăng kính ra không khí).

Như vậy, khi chiếu tia sáng đó tới lăng kính thì tia ló luôn lệch về phía đáy so với tia tới và không bị đổi màu. Ánh sáng trong trường hợp này được gọi là ánh sáng đơn sắc (ánh sáng một màu).

• Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc qua lăng kính.
• Mỗi ánh sáng đơn sắc có một màu sắc xác định.

Khi chiếu chùm sáng trắng qua lăng kính, dùng màn chắn chùm tia ló thì trên màn quan sát thu được dải ánh sáng màu giống như dải màu cầu vồng (so với phương của tia tới, tia đỏ lệch ít nhất, tia tím lệch nhiều nhất), đó là quang phổ của ánh sáng trắng. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng tán sắc ánh sáng.

Qua nhiều thí nghiệm, người ta giải thích hiện tượng ánh sáng trắng bị tán sắc qua lăng kính là do:

• Ánh sáng trắng là tập hợp các ánh sáng đơn sắc khác nhau, trong đó có bảy màu chính: đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím.
• Chiết suất của lăng kính đối với các ánh sáng đơn sắc khác nhau là khác nhau. Chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng màu đỏ là nhỏ nhất, chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng màu tím là lớn nhất.

Vì vậy, khi qua lăng kính, các ánh sáng đơn sắc trong ánh sáng trắng sẽ khúc xạ và bị lệch khác nhau tạo thành dải ánh sáng màu, gây ra hiện tượng tán sắc ánh sáng.

II. MÀU SẮC CÁC VẬT

Các vật trên Trái Đất cùng được ánh sáng từ Mặt Trời chiếu rọi, nhưng màu sắc của các vật được nhìn thấy lại khác nhau.

Màu sắc của các vật được tạo nên là do khi nhận được ánh sáng từ Mặt Trời, tuỳ theo vật liệu và tính chất ở bề mặt của các vật mà chúng sẽ hấp thụ một số ánh sáng màu và cho phản xạ một hoặc một số ánh sáng màu khác (hình 4.9).

Nếu ta thấy bông hoa hồng màu đó có nghĩa là những cánh hoa hồng đã hấp thụ các màu khác và cho phản xạ ánh sáng màu đỏ tới mắt.

Khi ánh sáng từ ngọn nến truyền qua giấy kính ở giữa đèn ông sao, ta thấy giấy kính đó có màu đỏ (hình 4.10), do nó chỉ cho ánh sáng đỏ truyền qua. Đèn ông sao có nhiều màu sắc khác nhau do ánh sáng từ ngọn nến truyền qua các giấy kính khác nhau.

Hiện tượng này giống như khi ánh sáng qua kính lọc màu, vi dụ như kính lọc màu xanh cho ánh sáng màu xanh đi qua và hấp thụ các ánh sáng màu khác.

Một vật hấp thụ hầu hết các ánh sáng màu tới nó thì ta sẽ thấy vật có màu đen.