Quang học

Khúc xạ ánh sáng, chiết suất

Khi ánh sáng truyền qua ranh giới giữa hai môi trường trong suốt, vận tốc và thường cả hướng truyền thay đổi. Tia khúc xạ gãy khúc tại mặt phân cách.

Khi ánh sáng truyền qua ranh giới giữa hai môi trường trong suốt, vận tốc và thường cả hướng truyền thay đổi. Tia khúc xạ gãy khúc tại mặt phân cách.

Quy luật và cách áp dụng

Trắc nghiệm nhanh

Khi tia sáng truyền từ không khí vào nước, vận tốc giảm và tia khúc xạ lệch về phía pháp tuyến; chiều ngược lại, tia lệch xa pháp tuyến. Định luật Snell viết $n_1\sin i=n_2\sin r$, trong đó góc đo với pháp tuyến và chiết suất $n=c/v$. Ví dụ, từ không khí vào thủy tinh có npprox1{,}5, tia tới $30^\circ$ cho \sin rpprox0{,}33, nên rpprox19^\circ. Một chiếc thìa ngập một phần trong nước trông như bị gãy vì vị trí biểu kiến của phần chìm bị dịch chuyển. Muốn dự đoán hướng tia, hãy vẽ pháp tuyến tại mặt phân cách trước, rồi xác định tia khúc xạ ở phía bên kia; tia truyền vuông góc mặt phân cách không đổi hướng.

Chiết suất là tỉ số giữa tốc độ ánh sáng trong chân không và trong môi trường, không phải độ sáng hay lượng vật chất của môi trường. Ở mặt phân cách, tần số ánh sáng không đổi vì nó do nguồn quyết định; vận tốc và bước sóng đổi theo quan hệ $v=f\lambda$. Do đó bước sóng trong thủy tinh ngắn hơn trong không khí, dù màu sắc không đổi. Khi tia đi từ môi trường chiết suất lớn ra nhỏ, định luật Snell còn dự đoán một góc tới mà tia khúc xạ đi sát mặt phân cách; đó là tiền đề của phản xạ toàn phần.