Ánh sáng là một phần thiết yếu của cuộc sống hiện diện trong mọi hoạt động hằng ngày từ sinh hoạt, học tập đến nghiên cứu khoa học công nghệ. Dù quen thuộc nhưng để hiểu sâu về cách ánh sáng di chuyển bị tác động bởi môi trường xung quanh thì không phải ai cũng nắm rõ. Hai trong số những hiện tượng cơ bản quan trọng nhất chính là định luật truyền thẳng với định luật hấp thụ của ánh sáng. Bài viết này sẽ giúp bạn khám phá kỹ hơn về hai định luật này một cách dễ hiểu nhưng vẫn đảm bảo độ sâu cần thiết.
Định luật truyền thẳng của ánh sáng là gì
Khi ánh sáng truyền qua một môi trường trong suốt như không khí, nước hay thủy tinh mà không bị nhiễu loạn bởi các yếu tố bên ngoài thì nó sẽ đi theo một đường thẳng. Là nguyên lý cơ bản nhất về sự truyền đi của ánh sáng thường được gọi là định luật truyền thẳng.
Nói cách khác nếu đặt một nguồn sáng trong một môi trường đồng nhất mà không có sự thay đổi về mật độ hay tính chất vật lý thì ánh sáng từ nguồn đó sẽ lan tỏa theo một đường thẳng từ điểm phát ra. Lý giải tại sao chúng ta có thể nhìn thấy bóng của một vật khi có ánh sáng chiếu vào. Vì ánh sáng không thể đi xuyên qua vật chắn nên nó bị chặn lại tạo ra vùng không có ánh sáng phía sau vật thể gọi là bóng tối.
Chính từ định luật này con người đã phát triển nhiều thiết bị quang học dựa trên nguyên tắc ánh sáng truyền thẳng. Ví dụ như kính hiển vi, máy ảnh, ống nhòm hay máy chiếu thì tất cả đều khai thác khả năng truyền thẳng để tái tạo hình ảnh hay khuếch đại ánh sáng.
Minh chứng thực tế của định luật truyền thẳng
Một trong những cách dễ hiểu nhất để quan sát định luật này là dùng một ống thẳng rỗng như ống hút hay ống nhựa. Khi nhìn xuyên qua ống ta có thể thấy ánh sáng hay hình ảnh ở đầu bên kia nếu ống được giữ thẳng. Nhưng nếu bẻ cong ống hay đặt một vật chắn giữa đường ống thì hình ảnh sẽ biến mất hay bị gián đoạn. Điều đó chứng tỏ ánh sáng không thể tự uốn cong để đi vòng quanh vật cản trong môi trường đồng nhất.
Ngoài ra các hiện tượng như nhật thực với nguyệt thực cũng là minh chứng rõ ràng. Khi Mặt Trăng che khuất ánh sáng từ Mặt Trời bóng tối mà nó tạo ra là kết quả trực tiếp từ ánh sáng truyền thẳng bị chặn lại.
Định luật hấp thụ ánh sáng là gì
Không phải tất cả ánh sáng đều có thể truyền đi mãi mãi mà không thay đổi. Khi ánh sáng đi qua một môi trường nhất định một phần năng lượng của nó có thể bị môi trường đó hấp thụ. Chính là nội dung của định luật hấp thụ ánh sáng.
Cường độ của ánh sáng sẽ giảm dần khi đi sâu vào môi trường hấp thụ. Mức độ giảm này phụ thuộc vào độ dày của vật chất mà ánh sáng đi qua và vào bản chất hấp thụ của chính vật chất đó. Vật liệu càng dày có khả năng hấp thụ cao thì ánh sáng càng bị suy yếu rõ rệt.
Một ví dụ thường thấy là khi chiếu đèn pin xuyên qua tấm vải màu tối hay tấm kính màu. Càng đi sâu vào ánh sáng càng mờ dần. Mắt thường có thể cảm nhận rõ sự khác biệt này nếu so sánh ánh sáng trước với sau khi xuyên qua vật liệu.
Ứng dụng của định luật hấp thụ ánh sáng
Có nhiều ứng dụng thực tế trong đời sống và khoa học. Trong xây dựng người ta chọn loại kính có khả năng hấp thụ bức xạ nhiệt tốt để giảm nhiệt lượng từ ánh sáng mặt trời chiếu vào trong nhà. Trong công nghiệp phim ảnh và nhiếp ảnh kính lọc ánh sáng được thiết kế để hấp thụ một phần ánh sáng không mong muốn giúp tạo hiệu ứng thị giác tốt hơn.
Trong y học và công nghệ sinh học việc nghiên cứu sự hấp thụ ánh sáng của các mô cơ thể cũng đóng vai trò quan trọng đặc biệt trong chẩn đoán hình ảnh điều trị bằng laser. Mỗi loại mô hay tế bào sẽ hấp thụ ánh sáng ở một mức độ và bước sóng khác nhau từ đó giúp xác định đặc tính và tình trạng sức khỏe của các mô đó.
Mối liên hệ giữa hai định luật
Tuy khác nhau về bản chất hai định luật này lại có mối liên hệ rất chặt chẽ trong thực tế. Định luật truyền thẳng cho biết ánh sáng sẽ đi theo đường thẳng khi không có sự cản trở hay biến đổi môi trường còn định luật hấp thụ lại mô tả cách mà ánh sáng bị giảm đi khi đi qua vật chất.
Trong nhiều trường hợp cả hai hiện tượng diễn ra đồng thời. Ví dụ khi ánh sáng mặt trời chiếu xuyên qua lớp sương mù buổi sáng. Ánh sáng vẫn đi theo đường thẳng nhưng bị giảm cường độ do các hạt nước nhỏ li ti trong không khí hấp thụ một phần năng lượng. Kết quả là hình ảnh mặt trời trở nên mờ nhòe, ánh sáng yếu hơn nhưng vẫn đi theo hướng ban đầu.
Hiểu rõ hai định luật truyền thẳng với hấp thụ của ánh sáng không chỉ giúp ta giải thích các hiện tượng tự nhiên còn mở ra nhiều hướng ứng dụng trong khoa học kỹ thuật, đời sống, công nghệ hiện đại. Từ việc thiết kế hệ thống chiếu sáng, kính chắn nắng cho đến nghiên cứu y sinh với thiết bị quang học thì tất cả đều có thể được tối ưu hóa dựa trên sự hiểu biết này.
Tag biểu