Tia và sóng

23

tương đối với nhau và các phân tử trở thành lưỡng cực điện.

Lưu ý rằng chính nhờ sự tồn tại của các lưỡng cực mà một hiện tượng vật lý quan trọng như sự phân cực của chất điện môi xảy ra (“Vật lý 9”, § 47). Điều thú vị là toàn bộ chất điện môi phân cực hoạt động giống như một lưỡng cực. Chuyển động của lưỡng cực như vậy trong điện trường không đồng nhất về mặt lịch sử là hiện tượng điện đầu tiên được thay thế bằng điện (hãy nhớ lực hút của vật nhẹ vào vật nhiễm điện).

Tia và sóng

Vào đầu thế kỷ 19, nhờ nghiên cứu về sự giao thoa và nhiễu xạ ánh sáng, ý tưởng cho rằng sự truyền ánh sáng trong không gian là một quá trình sóng cuối cùng đã được xác lập. Tuy nhiên, trước đó rất lâu, cái gọi là quang học hình học đã ra đời, hình thành và tiếp tục tồn tại cho đến ngày nay. Phần vật lý này nghiên cứu các định luật truyền ánh sáng dựa trên khái niệm tia sáng. Nó nói về tia tới, tia phản xạ và tia khúc xạ, tia phân kỳ, tia hội tụ và tia song song, v.v.

Hình ảnh “tia” ánh sáng cho phép chúng ta mô tả phần lớn những gì xảy ra khi ánh sáng chiếu vào gương, thấu kính hoặc thấu kính (Vật lý 10, Chương 6). Điều này đề cập đến đường đi của tia, ví dụ, trong thấu kính, thấu kính hoặc một số hệ thống quang học phức tạp hơn.

Phải chăng điều này có nghĩa là không phải sóng ánh sáng mà là các tia truyền qua lăng kính và thấu kính, không phải là sóng mà là các tia bị phản xạ từ gương? Tia sáng là gì? Bản chất vật lý của họ là gì?

Hóa ra không có thực tế vật lý đằng sau các tia sáng. Tia sáng là những đường dọc theo đó sóng ánh sáng truyền đi. Tất cả các định luật quang học hình học có thể được rút ra từ sóng của lý thuyết mới như là trường hợp giới hạn khi kích thước của vật cản trên đường đi của ánh sáng lớn hơn nhiều so với chiều dài của sóng ánh sáng. Vì vậy, không cần thiết phải sử dụng khái niệm tia sáng để hiểu điều gì xảy ra khi ánh sáng truyền đi. Nó chỉ làm cho nó dễ nhìn hơn.

Chúng ta hãy xem điều này với một vài ví dụ cụ thể.

Lăng kính. Cho một sóng ánh sáng phẳng rơi vào lăng kính thủy tinh có tiết diện tam giác đặt trong không khí (hình 1). Tại một thời điểm nào đó, mặt sóng (mặt sóng) chạm tới bề mặt nhận dạng tại điểm C.

Bắt đầu từ thời điểm này, cạnh dưới của phần đã chọn của bề mặt sóng DC (chính xác hơn là phần của đường nơi bề mặt sóng giao với mặt phẳng vẽ) truyền trong kính, trong khi phần trên tiếp tục truyền trong không khí. Khi đầu trên (điểm D) đạt đến mức nhận dạng tại điểm A, một sóng hình cầu truyền từ đầu dưới (điểm C) sẽ đến điểm E và khoảng cách CE sẽ nhỏ hơn DA một lần rưỡi, vì tốc độ ánh sáng trong thủy tinh nhỏ hơn khoảng một lần rưỡi so với trong không khí. Tiếp theo, sóng cầu có tâm là điểm C, truyền tới mặt thứ hai của dấu tại điểm B. Ngược lại, một sóng cầu cũng sẽ truyền từ điểm A. Khi sóng trong thủy tinh truyền đi một khoảng Eb thì sóng từ A đã truyền đi một khoảng cách lớn hơn (tốc độ ánh sáng trong không khí lớn hơn trong thủy tinh!). Do đó, mặt sóng mới ở phía bên kia của đường thẳng (hay đúng hơn là phần giao nhau của nó với mặt phẳng hình vẽ) trở thành đoạn BK. Điều này có nghĩa là vai trò nhận dạng là mặt trước của đĩa CD sáng

24

làn sóng tovoy chuyển thành VK.
Và điều này xảy ra vì tốc độ ánh sáng trong thủy tinh nhỏ hơn trong không khí.
Đây là dạng sóng của ánh sáng truyền qua lăng kính. Để so sánh, hình tương tự cũng hiển thị bằng các màu khác nhau hình ảnh thường được đưa ra về đường đi của tia trong lăng kính (ví dụ, xem § 56 của “Vật lý 10”). Từ hình 1 rõ ràng chùm tia là một đường thẳng đơn giản, vuông góc với các mặt sóng (mặt sóng). “Sự khúc xạ của tia sáng” thực chất có nghĩa là làm quay mặt trước của sóng. Góc quay của mặt sóng là SNV. Rõ ràng điều tương tự là góc khúc xạ của các tia.

Như bạn có thể thấy, hình ảnh “tia” đơn giản hơn hình ảnh “sóng”, đó là lý do tại sao nó thường được sử dụng.

Thấu kính hội tụ. Cho một sóng ánh sáng phẳng (hình 2) rơi vào một thấu kính thủy tinh hai mặt lồi trong không khí. Kể từ thời điểm bề mặt sóng (chính xác hơn là phần được chọn của nó) chạm vào phần giữa của nó với bề mặt đầu tiên của thấu kính tại điểm C, hãy để tất cả các điểm của nó (trừ phần giữa) truyền một phần trong không khí và một phần trong thủy tinh. Khi bạn di chuyển từ giữa mặt trước sóng đến các cạnh của nó, tỷ lệ phần “thủy tinh” của đường đi giảm đi, do đó, khi phần giữa sóng chạm tới bề mặt thứ hai của thấu kính tại điểm C’, tất cả các phần khác của mặt trước sóng sẽ di chuyển một quãng đường dài (các điểm cực trị sẽ truyền đi quãng đường dài nhất). Kết quả là khi ra khỏi thấu kính, mặt sóng phẳng ACB biến thành mặt sóng hình cầu A’C’B’. Tâm của sóng cầu này - điểm F - như đã biết, được gọi là tiêu điểm của thấu kính. Người ta hiểu rằng, ngược lại, nếu một sóng cầu phát ra từ một nguồn chính xác nằm trong

Thấu kính khuếch tán. Hình 3 hoặc sẽ xây dựng trường hợp sóng phẳng truyền tới thấu kính thủy tinh hai mặt lõm trong không khí. Sau khi bề mặt sóng chạm vào thấu kính tại các điểm A và B, các phần bên ngoài sẽ tụt lại phía sau các phần khác của mặt sóng (vì chúng truyền qua thủy tinh, nơi tốc độ ánh sáng nhỏ hơn trong không khí). Kết quả là sóng phẳng ACB biến thành sóng cầu A’C’B’. Nhưng tâm của sóng cầu này (điểm F) nằm ở cùng phía của thấu kính nơi sóng phẳng truyền tới. Điểm F còn được gọi là tiêu điểm của thấu kính, nhưng là tiêu điểm tối thiểu, vì ánh sáng khúc xạ không thực sự chạm tới đây. Đường đi tia tương ứng cũng được hiển thị bằng màu xanh lam.

---

Người đọc có thể dễ dàng xây dựng hình ảnh sóng về sự truyền ánh sáng qua thấu kính khi không phải là mặt phẳng mà là sóng hình cầu chiếu vào chúng. Sau khi đi qua thấu kính, chúng biến thành sóng cầu nhưng có bán kính khác nhau. Từ những hình ảnh như vậy, người ta có thể thu được công thức thấu kính, tất nhiên, giống như từ quang học hình học.