Bài 5. Khúc xạ ánh sáng

I. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng

Trên Hình 5.2, quy ước gọi:

- I là điểm tới;

- SI là tia tới;

- IK là tia khúc xạ;

- NN' (vuông góc với mặt phân cách tại điểm tới) là pháp tuyến;

- \(\widehat{SIN}\) là góc tới, kí hiệu là i;

- \(\widehat{KIN'}\) là góc khúc xạ, kí hiệu là r;

- Mặt phẳng chứa tia tới SI và pháp tuyến NN' là mặt phẳng tới.

Tia sáng truyền từ không khí sang thuỷ tinh thì bị gãy khúc tại mặt phân cách giữa hai môi trường. Hiện tượng tia sáng bị gãy khúc cũng xảy ra tại mặt phân cách khi ánh sáng truyền từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác.

Hiện tượng khúc xạ ánh sáng là hiện tượng tia sáng bị gãy khúc (bị lệch khỏi phương truyền ban đầu) tại mặt phân cách khi truyền từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác.

II. Định luật khúc xạ ánh sáng

- Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và ở phía bên kia pháp tuyến so với tia tới.

- Với hai môi trường trong suốt nhất định, tỉ số giữa sin của góc tới (sini) và sin của góc khúc xạ (sinr) luôn không đổi:

\(\dfrac{sini}{sinr}\) = hằng số

III. Chiết suất của môi trường

1. Chiết suất tỉ đối

Tỉ số không đổi \(\dfrac{sini}{sinr}\) trong hiện tượng khúc xạ được gọi là chiết suất tỉ đối n₂₁, của môi trường 2 (môi trường chứa tia khúc xạ) đối với môi trường 1 (môi trường chứa tia tới):

\(\dfrac{sini}{sinr}=n_{21}=\dfrac{n_2}{n_1}\)

- Nếu n₂₁ > 1 thì r < i: Tia khúc xạ bị lệch lại gần pháp tuyến hơn.

- Nếu n₂₁ < 1 thì r > i: Tia khúc xạ bị lệch xa pháp tuyến hơn.

2. Chiết suất tuyệt đối

Chiết suất tuyệt đối (thường gọi tắt là chiết suất) của một môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với chân không.

Nguyên nhân của hiện tượng khúc xạ là sự thay đổi tốc độ truyền ánh sáng. Người ta thiết lập được hệ thức về chiết suất tuyệt đối n của một môi trường như sau:

\(n=\dfrac{c}{v}\)

Trong đó, c là tốc độ ánh sáng trong chân không (c = 3.10⁸ m/s);

                 v là tốc độ ánh sáng trong môi trường.

Chiết suất của chân không là 1, chiết suất của không khí là 1,00029 (rất gần với chiết suất của chân không) nên thường được tính tròn là 1 nếu không cần độ chính xác cao.