Tuyển Tập Câu Hỏi Tự Luận Quang Học Câu 16 - 20
16. Vì sao thủy tinh màu khi vỡ vụn thành hạt nhỏ thì những hạt nhỏ này có màu trắng?
Thuỷ tinh màu là thuỷ tinh pha thêm hoá chất hấp thụ một số màu và chỉ cho một số ánh sáng đơn sắc đi qua. Chẳng hạn thuỷ tinh màu đỏ hấp thụ các tia lục, lam, tím và hầu như chỉ cho tia đỏ truyền qua. Nhìn ánh sáng truyền qua thuỷ tinh ta sẽ thấy màu của nó. Nhưng nếu nhìn ánh sáng phản xạ và tán xạ trên mặt thuỷ tinh thì rất khó phân biệt được thủy tinh màu gì. Sự hấp thụ những tia đơn sắc của thuỷ tinh màu còn phụ thuộc vào khoảng cách truyền qua môi trường tức là vào bề dày của thuỷ tinh. Nếu thuỷ tinh càng dày, ánh sáng càng bị hấp thụ nhiều, thì màu thủy tinh càng sẫm. Khi thủy tinh màu bị vỡ vụn thành hạt nhỏ, ánh sáng truyền qua một số hạt nhưng không bị hấp thụ bao nhiêu, sau đó phản xạ và tán xạ từ các hạt khác và mắt ta nhìn thuỷ tinh vỡ vụn do ánh sáng phản xạ và tán xạ ấy. Đó là lý do tại sao dưới ánh sáng trắng ta thấy thủy tinh dù có màu gì, khi vỡ vụn vẫn trở thành màu trắng. Đối với các chất lỏng có màu, hiện tượng xảy ra cũng tương tự. Nếu ta làm chất lỏng đó thành bọt thì bọt gì cũng có màu trắng chẳng hạn bia màu vàng, bọt bia lại có màu trắng. 17. Có tàng hình được không? Muốn tàng hình phải thực hiện những điều kiện gì? Ta nhìn thấy một vật nhờ sự tương phản về độ sáng hoặc màu sắc của vật đối với nền. Nếu vật trong suốt ta có thể nhìn thấy được nhờ ánh sáng phản xạ và tán xạ từ vật do chiếc suất của vật khác của môi trường xung quanh. Như vậy, muốn trở thành vô hình thực sự, điều kiện duy nhất phải thực hiện là làm cho cơ thể hoàn toàn trong suốt và có chiết suất bằng chiết suất của môi trường (không khí). Lúc đó ánh sáng chiếu tới và ánh sáng truyền qua không cho một dấu hiệu nào về cơ thể đó. Để làm được như vậy, chỉ có một cách là làm cho mọi bộ phận cơ thể cũng loãng và nhẹ như... không khí. Nói một cách khác là không thể nào tàng hình trong không khí được. Nhưng đối với môi trường có chiếc suất lớn, nước chẳng hạn thì điều kiện trên có thể thực hiện được. Nếu chưa thực hiện được với cơ thể con người, thì ít nhất người ta cũng đã thực hiện được đối với một số vi sinh vật. 18. Vì sao mặt trời, mặt trăng lúc mọc và lặn có màu đỏ? Ánh sáng từ Mặt Trời, Mặt Trăng tới chúng ta phải đi qua khí quyển Trái Đất. Gặp các phân tử không khí, và nhất là các bụi bậm lơ lửng trong không khí, ánh sáng đó bị tán xạ, và phần ánh sáng tán xạ đó không tới mắt chúng ta. Ta đã biết, các thành phần màu (đỏ, vàng, lục, lam, tím) trong ánh sáng trắng bị tán xạ không đều: ánh sáng đỏ ít nhất, xogn đến ánh sáng vàng; ánh sáng lam và tím bị tán xạ nhiều hơn cả. Do đó, sau khi qua khí quyển, tới mắt ta, thì ánh sáng lam và tím bị mất do tán xạ nhiều hơn ánh sáng đỏ, vàng và trong ánh sáng nhận được, các thành phần đỏ, vàng thành trội hơn, so với ánh sáng tới. Lúc giữa trưa (hay nữa đêm) Mặt Trời (hay Mặt Trăng)-chiếu sáng vuông góc với mặt đất, các tia sáng đi qua một lớp không khí tương đối mỏng, nên phần ánh sáng mất do tán xạ là nhỏ, và ánh sáng vẫn có đủ các thành phần của ánh sáng trắng: ta thấy Mặt Trời, Mặt Trăng vẫn có màu trắng. Nhưng lúc Mặt Trời mới mọc hoặc sắp lặn các tia sáng đi là mặt đất nên phải qua một lớp không khí dày gấp hàng chục lần, lớp không khí ở gần mặt đất này lại đầy bụi nên tán xạ ánh sáng rất mạnh. Trong ánh sáng tới mắt ta các thành phần lam, tím bị yếu đi rất nhiều, các thành phần đỏ và vàng trở thành trội, và làm cho ánh sáng ngả sang màu vàng, màu đỏ. Vì vậy ta thấy, khi Mặt trời ở sát chân trời, thì có màu đỏ, lên cao một chút thì chuyển sang màu hồng, rồi màu vàng, vì lớp không khí mà ánh sáng đi qua càng mỏng dần và cuối cùng có màu trắng. Màu sắc vàng, hồng của các đám mây chiều cũng xuất hiện do nguyên nhân này. Ánh sáng Măt Trời khi tới đám mây đã phải qua một lớp không khí dày nhiều bụi, rồi từ đám mây tới mắt ta lại qua lớp không khí ấy lần nữa, nên càng bị tán xạ nhiều hơn. Vì vậy mây có thể có màu vàng, ngay cả khi Mặt Trời còn khá cao. 19. Tại sao cầu vồng có bảy màu cầu vồng? Bí mật của bảy màu cầu vồng đã được Niutơn, nhà bác học vĩ đại khám phá bằng thí nghiệm sau đây: Ông dùng một cái lăng kính, tức là một khối thuỷ tinh trong suốt, đã mài thành hình một lăng trụ tam giác. Trong buồng đóng kín cửa, ông cho một chùm ánh sáng trắng Mặt Trời qua một lỗ tròn nhỏ F (đục ở cánh cửa) rọi xiên vào một mặt của tấm kính và ló ra khỏi mặt thứ hai (hình vẽ). Chú thích: Thí nghiệm về tán sắc ánh sáng
Đặt một tờ giấy trắng T để hứng chùm tia ló, ông thấy một vệt sáng dài, có các màu sắc sắp xếp theo thứ tự sau đây: Đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím đúng như bảy màu của cầu vòng. Niutơn gọi dãy sáng có màu sắc ấy là quang phổ Mặt Trời, và đã giải thích đúng đắn sự xuất hiện của nó.
Theo ông, ánh sáng Mặt Trời, ánh sáng đèn điện, có màu trắng, lại do nhiều chùm ánh sáng có dạng khác nhau, hỗn hợp với nhau sinh ra. Chùm ánh sáng chỉ có một màu-chẳng hạn như chùm ánh sáng đỏ-gọi là ánh sáng đơn sắc.
Mọi chùm ánh sáng đơn sắc đi từ không khí vào thuỷ tinh đều bị khúc xạ và lệch về gần pháp tuyến. Nhưng các tia đơn sắc có màu khác nhau bị khúc xạ khác nhau: tia đỏ lệch ít nhất, rồi đến tia da cam, tia vàng v.v... Cho một chùm ánh sáng trắng qua lăng kính, thì khi qua mặt thứ nhất của lăng kính, các chùm tia màu sắc khác nhau bị khúc xạ khác nhau, nên không trùng nhau nữa, mà tách rời nhau; lúc tới mặt thứ hai, các tia đơn sắc đi từ thuỷ tinh ra không khí lại rời xa nhau thêm. Thành thử khi rọi vào tờ giấy, mỗi chùm tia đơn sắc tạo nên một vệt sáng có màu nhất định, và các vẹt sáng này sắp xếp liền nhau tạo thành quang phổ.
Hiện tượng này gọi là sự tán sắc ánh sáng, bao giờ cũng xuất hiện khi ánh sáng đi từ một môi trường sang môi trường khác, chẳng hạn từ không khí sang thuỷ tinh, hoặc từ không khí vào nước. Lăng kính nhờ có hai mặt khúc xạ nên làm cho các tia đơn sắc rời xa nhau nhiều thêm, khiến ta dễ thấy hơn, chứ thật ra, ngay khi ở trong thuỷ tinh, ánh sáng đã bị phân tích thành quang phổ rồi. Bảy màu của cầu vồng chính là do ánh sáng Mặt Trời bị tán sắc khi truyền trong các hạt mưa nhỏ sinh ra. Vì vậy cầu vồng thường xuất hiện trước hoặc sau các trận mưa rào nhẹ mùa hè, lúc mà trong không khí có một số lượng hạt mưa đủ để khúc xạ được nhiều ánh sáng, nhưng không quá nhiều để vẫn còn ánh nắng. Ta có thể dung bơm nước cứu hoả có thể tạo được cầu vồng nhân tạo một cách dễ dàng. Buổi sáng, hoặc buổi chiều nắng, đứng quay lưng về Mặt Trời, dùng cái bơm phun những hạt nước nhỏ lên trời, và hướng mắt về phía các hạt nước ấy, ta sẽ thấy một cầu vồng thực sự. 20. Cầu vồng là ảnh thật hay ảnh ảo? Có chụp được ảnh cầu vồng không? Ta biết rằng, khi các tia sáng từ giọt nước rọi vào mắt, thì mắt trông thấy cầu vồng tựa như các tia sáng ấy được phát đi từ các điểm trên nền trời. Do đó ta thấy hình như cầu vồng được vẽ trên nền trời. Vậy các tia sáng tạo nên hình ảnh cầu vồng không hội tụ vào một mặt phẳng nào cả, nghĩa là ta không thể hứng ảnh của cầu vồng lên một màn, và cầu vồng là ảnh ảo. Ta trông thấy cầu vồng, nhờ có thuỷ tinh thể của mắt hội tụ các tia sáng nói trên lên võng mạc. Vì vậy, người ta mới nói rằng hai người không trông thấy cùng một cầu vồng. Vật kính máy ảnh cũng có tác dụng hội tụ ánh sáng lên phim ảnh, như thuỷ tinh thể của mắt, nên cũng thu được ảnh của cầu vồng lên phim, tức là, dùng máy ảnh, ta vẫn chụp được ảnh của cầu vồng. |