Trong vật lý, quang học là lĩnh vực nghiên cứu quan trọng và có nhiều ứng dụng trong đời sống hàng ngày. Vậy các khái niệm cơ bản trong quang học – tia sáng là gì, chùm sáng là gì? Chúng ta hãy cùng nhau tìm hiểu về tia sáng thông qua bài viết sau đây.
Tìm hiểu khái niệm tia sáng là gì?
Câu hỏi tia sáng là gì đã được học trong bộ môn Vật lý lớp 7. Trong vật lý (và quang học), tia sáng là một mô hình lý tưởng của ánh sáng, được vẽ dưới dạng một đường thẳng. Tia là một đoạn thẳng biểu thị đường đi và hướng truyền của ánh sáng, do đó hình biểu thị tia sáng trong vật lý học được quy ước là hình mũi tên.
Một khái niệm quan trọng khác liên quan đến tia sáng là chùm sáng. Chùm sáng được định nghĩa là tập hợp nhiều tia sáng có thể giao nhau hoặc song song với nhau.
Phân loại tia sáng, chùm sáng
Phân loại tia sáng
Có nhiều cách phân loại tia sáng khác nhau trong vật lý, nhưng phổ biến nhất là phân thành 3 loại như sau: tia tới, tia phản xạ và tia khúc xạ.
- Tia tới là những tia tới gần và chạm vào một bề mặt cụ thể.
- Tia phản xạ là những tia sáng bật ra khỏi 1 bề mặt phản xạ khi tia tới chiếu vào.
- Tia khúc xạ là khi ánh sáng đi qua bề mặt, bị uốn cong do sự thay đổi của môi trường. Ví dụ, nếu một tia sáng truyền từ không khí vào nước, hoặc vào một khối thủy tinh, kết quả là tia sáng sẽ bị bẻ cong. Hiệu ứng này được gọi là khúc xạ, và tia uốn cong khi nó di chuyển qua vật liệu được gọi là tia khúc xạ.
Phân loại chùm sáng
Có 3 loại chùm sáng cơ bản như sau:
- Chùm sáng song song: Là một chùm sáng với các tia sáng song song với nhau như hình vẽ bên dưới. Đường kính của chùm tia vẫn giữ nguyên ở mọi nơi.Thực tế, không có một nguồn sáng hoặc một cấu trúc được chiếu sáng nào phát ra 100% chùm sáng song song. Nếu nguồn sáng được đặt ở khoảng cách rất lớn so với vùng quan sát (như mặt trời), thì chùm tia thu được cũng được coi là chùm sáng song song.
- Chùm sáng phân kì: Là chùm sáng trong đó tất cả các tia gặp nhau tại một điểm trên đường truyền của nó. Đường kính của chùm sáng như tăng lên theo phương chiếu của tia. Tất cả các nguồn sáng vật lý nói chung đều phát ra chùm sáng phân kỳ.
- Chùm sáng hội tụ: Là chùm sáng trong đó các tia gặp nhau (hoặc hội tụ) tại một điểm và đường kính của chùm sáng đó giảm dần theo phương của tia. Chùm sáng song song sau khi đi qua thấu kính hội tụ thì trở thành chùm hội tụ. Nguồn sáng thực không trực tiếp phát ra chùm sáng hội tụ.
Các thuộc tính của tia sáng là gì?
Các tia sáng có một số thuộc tính nhất định, những thuộc tính là những đặc điểm quan trọng để phát triển các nghiên cứu và ứng dụng của quang học. Sau đây là các đặc tính quan trọng của ánh sáng:
Ánh sáng truyền thẳng
Thuộc tính này của ánh sáng được phát biểu thông qua định luật: “Ánh sáng luôn truyền theo đường thẳng trong môi trường trong suốt và đồng tính.”
Ánh sáng truyền đi với tốc độ 3 x 10 8 m / s và tốc độ của nó nhanh hơn tốc độ âm thanh.
Phản xạ ánh sáng
Phản xạ là hiện tượng ánh sáng truyền đi trong một môi trường này, tới bề mặt của một môi trường khác rồi phản xạ ngược về môi trường ban đầu. Tuân theo quy luật phản xạ chúng ta có:
- Tia tới, tia phản xạ và pháp tuyến đối với bề mặt tại điểm tới đều nằm trong cùng một mặt phẳng.
- Góc tới bằng góc phản xạ.
Khúc xạ ánh sáng
Khúc xạ là một hiện tượng trong đó có sự thay đổi tốc độ ánh sáng khi nó truyền từ môi trường này sang môi trường khác và có sự bẻ cong của tia sáng. Tia khúc xạ tuân theo các định luật sau:
- Tia tới, tia khúc xạ và pháp tuyến đối với bề mặt tại điểm tới đều nằm trong cùng một mặt phẳng.
- Tỉ số giữa sin của góc tới và sin của góc khúc xạ luôn là một hằng số.
Sự phân tán ánh sáng
Khi ánh sáng trắng đi qua một lăng kính thủy tinh, nó phân tách thành phổ màu theo thứ tự tím, chàm, lam, lục, vàng, cam và đỏ. Quá trình ánh sáng trắng tách thành các màu cấu thành của nó được gọi là sự tán sắc. Hiện tượng này có thể xảy ra khi chùm tia sáng trắng đi qua lăng kính.
Sự nhiễu xạ của ánh sáng
Khi sóng ánh sáng đi qua các khe hở nhỏ và xung quanh chướng ngại vật hoặc các cạnh sắc, hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng sẽ xảy ra. Nhiễu xạ ánh sáng cũng có thể xảy ra khi sóng ánh sáng truyền qua môi trường có chiết suất thay đổi
Sự phân cực của ánh sáng
Tia sáng bình thường dao động theo mọi phương vuông góc với phương truyền ánh sáng. Nếu tia sáng bị ràng buộc chỉ dao động trong một mặt phẳng cụ thể, thì tia sáng đó được gọi là tia sáng phân cực và hiện tượng này được gọi là sự phân cực.
Sự giao thoa của ánh sáng
Giao thoa là hiện tượng thay đổi cường độ ánh sáng do sự phân bố lại năng lượng ánh sáng trong vùng chồng chất của hai hay nhiều tia sáng.
Các ứng dụng của tia sáng, chùm sáng là gì?
Các loại tia sáng và chùm sáng đặc biệt có rất nhiều ứng dụng trong đời sống của con người. Dưới đây là một số ứng dụng quan trọng của tia sáng, chùm sáng.
Ứng dụng của các tia sáng đặc biệt
Một số loại tia với các bước sóng đặc biệt có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực đời sống như:
- Tia X: Được sử dụng trong y học với các ứng dụng xạ trị, chụp X quang… có ý nghĩa to lớn trong chẩn đoán cũng như điều trị bệnh.
- Tia tử ngoại: Tia tử ngoại còn được gọi là tia UV, có đặc tính khử trùng và tiệt trùng cao, dùng trong nhiều lĩnh vực sản xuất thực phẩm hay y tế. Nó cũng được dùng trong công nghệ kiểm tra tiền giả.
- Tia hồng ngoại: Tia hồng ngoại có nhiều ứng dụng như làm tia điều khiển, sử dụng trong các bộ điều khiển từ xa dùng cho tivi, điều hòa, đèn, dàn âm thanh… Nó cũng được dùng làm nguồn dẫn nhiệt trong bếp điện, lò nướng vi sóng sử dụng bức xạ hồng ngoại…
Xem thêm:
Ứng dụng của các loại chùm sáng là gì?
Ba loại chùm sáng song song, chùm sáng phân kỳ và hội tụ đều có thể được ứng dụng một cách linh hoạt như sau:
- Chùm sáng song song: Được ứng dụng vào các sản phẩm thu ánh sáng mặt trời để chuyển hóa thành năng lượng như pin năng lượng mặt trời, bình nóng lạnh, đồng hồ…
- Chùm tia sáng phân kỳ: Lý thuyết về chùm sáng này được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực như làm kính chữa tật cận thị ở mắt, làm mắt mèo trên cửa ra vào…
- Chùm sáng hội tụ: Lý thuyết về chùm sáng này được dùng làm vật kính và thị kính ở kính hiển vi, kính thiên văn, vật kính ở ống kính máy ảnh, dùng làm kính lúp. Nó cũng có thể được ứng dụng để làm kính chữa tật viễn thị.
Bài viết đã giới thiệu về khái niệm tia sáng là gì trong vật lý lớp 7 cùng nhiều kiến thức bổ ích về tia sáng và chùm sáng. Đây là hai khái niệm cơ bản và quan trọng trong lĩnh vực quang học, có nhiều ứng dụng trong nghiên cứu cũng như trong thực tế cuộc sống. Hy vọng sau khi đọc xong bài viết, bạn đã biết thêm nhiều thông tin về những vấn đề liên quan đến vật lý này.
