Tài liệu Skkn giải thích định tính các hiện tượng quang học

PHẦN I: MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: Vật lý học không phải chỉ là các phương trình và con số. Vật lý học là những điều đang xảy ra trong thế giới xung quanh ta. Nó nói về các màu sắc trong một cầu vòng, về ánh sáng lóng lánh và tính cứng rắn của viên kim cương. Nó có liên quan đến việc đi bộ, đi xe đạp, lái ô tô và cả việc điều khiển một con tàu vũ trụ... Việc học môn Vật lý không chỉ dừng lại ở sự tìm cách vận dụng các công thức Vật lý để giải cho xong các phương trình và đi đến những đáp số, mà còn phải giải thích được các hiện tượng Vật lý đang xảy ra trong thiên nhiên quanh ta, trong các đối tượng công nghệ của nền văn minh mà ta đang sử dụng. Mặt khác, thực tế việc giảng dạy Vật lý hiện nay, chủ yếu dành nhiều thời gian dạy học sinh nhận diện các kiểu, loại bài toàn khác nhau và cách thức vận dụng các công thức Vật lý cho từng kiểu, loại toán đó, mà ít chú trọng giúp học sinh giải thích các hiện tượng Vật lý xảy ra trong tự nhiên. Xuất phát từ ý nghĩa và thực tế đó, tôi mạnh dạn nghiên cứu đề tài “Giải thích định tính các hiện tượng Quang học”, nhằm giúp học sinh yêu thích và hiểu hơn bản chất Vật lý của các hiện tượng Quang học. 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: Để hoàn thành đề tài này tôi chọn phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp nghiên cứu tài liệu: + Đọc các sách giáo khoa phổ thông, các sách đại học, sách tham khảo phần Quang học. - Phương pháp thống kê: + Chọn các hiện tượng có trong chương trình phổ thông và gần gũi với đời sống hằng ngày. - Phương pháp phân tích và tổng hợp kinh nghiệm trong quá trình giảng dạy và thực tế đời sống. Phạm vi nghiên cứu đề tài này là trong phần Quang học của chương trình lớp 12 hiện hành. * CẤU TRÚC PHẦN NỘI DUNG GỒM: I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CƠ BẢN CỦA QUANG HỌC VÀ MỘT VÀI HIỆN TƯỢNG QUANG HỌC THƯỜNG GẶP TRONG ĐỜI SỐNG. II. PHƯƠNG PHÁP CHUNG ĐỂ GIẢI ĐÁP NHANH NHỮNG CÂU HỎI ĐỊNH TÍNH QUANG HỌC. III. 30 HIỆN TƯỢNG QUANG HỌC PHỔ BIẾN TRONG TỰ NHIÊN. ----------  ---------- PHẦN II: NỘI DUNG Quang học là một môn học, trong đó người ta nghiên cứu các hiện tượng liên quan đến ánh sáng; từ sự truyền của ánh sáng đến sự tạo ra các ảnh; từ các tính chất của ánh sáng đến bản chất của áng sáng. I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CƠ BẢN CỦA QUANG HỌC VÀ MỘT VÀI HIỆN TƯỢNG QUANG HỌC THƯỜNG GẶP TRONG ĐỜI SỐNG. a. Cơ sở lý thuyết cơ bản của quang học. + Định luật truyền thẳng ánh sáng - Trong một môi trường trong suốt, đồng tính và đẳng hướng ánh sáng truyền theo đường thẳng. + Nguyên lí về tính thuận nghịch của chiều truyền ánh sáng - Đường đi của ánh sáng không đổi khi đảo ngược chiều truyền ánh sáng. N + Định luật phản xạ ánh sáng S R - Tia phản xạ nằm trong mặt phẳng tới và ở phía bên kia pháp tuyến so với tia tới. i i’ - Góc phản xạ bằng góc tới (i’ = i) I + Định luật khúc xạ ánh sáng - Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và ở bên kia pháp tuyến so với tia tới - Đối với một cặp môi trường trong suốt nhất định thì tỉ số giữa sin của góc tới (sin i) với sin của góc khúc xạ (sin r) luôn luôn là mọt số không đổi. N S Số không đổi này phụ thuộc vào bản chất của hai môi trường và được gọi i là chiếc suất tỉ đối của môi trường chứa tia khúc xạ (môi trường 2) đối với môi trường chứa tia tới (môi trường 1). I r Kí hiệu n 21 K = n 21 + Hiện tượng phản xạ toàn phần - Khi ánh sáng truyền từ mặt phân cách của môi trường chiếc quang hơn (n 1) sang môi trường chiếc quang kém (n2) thì góc khúc xạ r lớn hơn góc tới i. - Góc khúc xạ lớn nhất bằng 90 0; tia khúc xạ nằm là là mặt phân cách hai môi trường thì góc tới tương ứng gọi là góc giới hạn i gh - Với các góc tới có giá trị lớn hơn i gh, thì không còn xảy ra khúc xạ, toàn bộ áng sáng đều trở lại môi trường chiếc quang hơn. Khi đó có hiện tượng phản xạ toàn phần. + Máy ảnh - Vật kính của máy ảnh là một thấu kính hội tụ (hoặc một hệ thấu kính tương đương với thấu kính hội tụ) cho ảnh của vật cần chụp hiện rõ trên phim (ảnh). + Mắt - Thủy tinh thể của mắt có vai trò như vật kính của máy ảnh, còn võng mạc có vai trò như phim. - Khi nhìn vật đặt ở điểm cực viễn C V, mắt không cần điều tiết. Còn khi nhìn vật đặt ở điểm cực cận C C mắt phải điều tiết tối đa rất chóng mỏi mắt. Giới hạn nhìn rõ của mắt là khoảng CVCC. Khoảng cách thấy rõ ngắn nhất là Đ = OCC (O là quang tâm của mắt). Thường lấy Đ = 25cm. Mắt bình thường có điểm cực viễn ở xa vô cùng, còn điểm cực cận cách mắt 10cm đến 20cm. - Mắt cận thị có độ tụ lớn hơn mắt bình thường không có tật, điểm cực viễn của mắt cận thị ở tương đối gần mắt. Thường sửa tật cận thị bằng cách đeo kính phân kỳ. - Mắt viễn thị có độ tụ nhỏ hơn mắt bình thường; điểm cực cận của mắt viễn thị ở tương đối xa mắt. Sửa tật viễn thị bằng cách đeo kính hội tụ. - Góc trông  của một vật (hoặc ảnh) AB đặt thẳng góc với trục nhìn của mắt O là  = góc AOB với tg = . - Năng suất phân li của mắt bình thường:   1’ = rad + Các dụng cụ quang học: Kính lúp, hiển vi, thiên văn. -Độ bội giác G của một số dụng cụ quang học: G =  Trong đó:  là góc trông ảnh của một vật qua dụng cụ, 0 là góc trông vật đặt ở điểm cực cận của mắt. + Tính chất sóng của ánh sáng - Ánh sáng là sóng điện từ. Ánh sáng đơn sắc nhìn thấy có một bước sóng  xác định và có một màu nhất định. Một chùm ánh sáng trắng song song, gồm các ánh sáng đơn sắc có bước sóng từ 0,4 μm (tia tím) đến 0,76 μm (tia đỏ), đến lăng kính khi ló ra khỏi lăng kính, bị phân tích thành dãy nhiều màu, từ đỏ đến tím, gọi là quang phổ của ánh sáng trắng. Tia đỏ bị lệch (về phía dáy lăng kính) ít nhất, tia tím bị lệch nhiều nhất. Nguyên nhân của sự tán sắc đó là do chiếc suất của thuỷ tinh (môi trường) phụ thuộc vào bước sóng (tần số) ánh sáng. - Hai sóng ánh sáng kết hợp, do hai nguồn sáng kết hợp phát ra, giao thoa với nhau khi gặp nhau, tạo nên vân sáng (cực đại giao thoa) và vân tối (cực tiểu giao thoa) trên màn quan sát. + Lượng tử ánh sáng - Chùm ánh sáng đơn sắc có bước sóng  được coi như dòng các phôtôn (lượng tử ánh sáng), mỗi phôtôn mang năng lượng xác định ε = h f = h (f là tần số ánh sáng, h là hằng số Plăng; h = 6,625.10-34 J.s; c = 3. 108m/s). Cường độ ánh sáng tỉ lệ với số phôtôn. - Hiện tượng quang điện là hiện tượng các electrôn bị bật ra (gọi là electrôn quang điện) khi chiếu vào mặt kim loại chùm ánh sáng có bước sóng  thích hợp. b. Một vài hiện tượng quang học thường gặp trong đời sống hằng ngày. Có khi nào ta ngồi suy nghĩ: Tại sao trần nhà lại sơn màu trắng? còn bốn vách tường lại không sơn màu trắng? hay mỗi lần đi trên đường phải dừng lại khi gặp: “Đèn đỏ”, và tại sao lại phải “Đèn đỏ”? v.v... Những hiện tượng rất thực tế, rất gần gũi với chúng ta, nhiều lúc chúng ta xem đó là hiển nhiên, ta vô tình không cần biết. Nhưng khi hiểu được “chúng” thì đúng là thú vị thật. VÌ SAO TRẦN NHÀ TRONG BUỒNG SƠN MÀU TRẮNG, CÒN BỐN BỨC VÁCH TỐT NHẤT KHÔNG SƠN MÀU TRẮNG? Vách tường trong buồng quét vôi thành màu gì hoặc hoa văn ra sao chẳng những vì mỹ quang, mà còn phải cân nhắc đến vấn đề ánh sáng nữa. Vật thể màu trắng phản quang rất mạnh. Sơn trần nhà thành màu trắng, ban ngày nó sẽ phản quang ánh Mặt Trời xuống dưới, còn ban đêm có thể phản xạ ánh đèn xuống, làm cho gian buồng thêm sáng sủa, mà không ảnh hưởng gì tới mắt người cả, vì người chẳng mấy khi ngửa cổ nhìn lâu trên trần nhà. Thế thì tại sao bốn mặt vách tường tốt nhất không sơn thành màu trắng nhỉ? Đó là vì bốn bức tường nằm trong trường nhìn của chúng ta. Bất cứ bạn ngồi hay đứng, nhìn trái, nhìn phải hoặc nhìn trước nhìn ra sau, mắt đều gặp phải bức tường. Nếu bốn bức tường cũng lại sơn thành màu trắng, thế thì ánh Mặt Trời hoặc ánh đèn chiếu lên vách tường trắng sẽ sinh ra phản quang rất mạnh, và trực tiếp rọi vào mắt người, làm cho mắt cảm thấy rất khó chịu. Điều đó không có lợi đối với con mắt. Mọi người đều có thể nghiệm này: Đọc sách báo dưới ánh Mặt Trời tương đối chói chang thì mắt sẽ cảm thấy rất mệt mỏi chính là vì lẽ đó. Vì vậy, vách tường xung quanh phòng tốt nhất là sơn thành màu xanh nhạt, màu vàng lúa hoặc màu lam nhạt. Ánh sáng phản xạ của chúng tương đối dịu, sẽ không làm cho mắt bị kích thích. TẠI SAO TRONG GIAO THÔNG, NGƯỜI TA DÙNG ĐÈN ĐỎ ĐỂ BÁO HIỆU NGUY HIỂM, MÀ KHÔNG DÙNG ĐÈN MÀU KHÁC? Có hai lý do. Lý do thứ nhất, lý do khách quan, là trong bảy màu quang phổ, màu đỏ ứng với bước sóng lớn nhất, nên ánh sáng đỏ truyền trong không khí được xa hơn. Khi một chùm ánh sáng truyền trong không khí, nhất là không khí có nhiều bụi hoặc hạt nước nhỏ (tức là sương mù), thì một phần năng lượng ánh sáng bị các phân tử không khí và các hạt đó tán xạ ra mọi phía, nên năng lượng chùm sáng càng giảm, khi truyền đi càng xa. Phần ánh sáng mất do tán xạ tăng rất nhanh khi bước sóng giảm, nên ánh sáng có bước sóng dài bị mất mát ít hơn và truyền được xa hơn ánh sáng các màu khác. Lý do thứ hai, lý do chủ quan là như sau: Khi đứng rất xa một đèn màu, ta trông thấy đèn nhưng không nhận ra màu của nó. Phải lại gần thêm, mới phân biệt màu của ánh sáng đèn. Nghĩa là đối với các màu lục, lam, vàng, tím ngưỡng sáng (là lượng ánh sáng nhỏ nhất mà mắt phát hiện được) không trùng với ngưỡng màu (lượng ánh sáng nhỏ nhất để nhận ra màu ánh sáng). Chỉ riêng với màu đỏ, là hai ngưỡng đó trùng nhau: ban đêm nếu đặt một chiếc đèn đỏ trên đường, thì từ xa đi lại, lúc bắt đầu trông thấy đèn ta cũng đồng thời nhận ra màu đỏ của nó. Như vậy dùng đèn đỏ để báo hiệu nguy hiểm thì không sợ nhầm lẫn và lại có thể nhận thấy được từ xa. VÌ SAO GIẦY DA BÔI XI VÀO CÀNG LAU CÀNG BÓNG? Một đôi giầy da vừa cũ vừa bẩn, chỉ cần lau sạch bụi bặm, bôi xi đánh giầy vào cẩn thận xát nhẹ một lượt thì đã biến thành vừa bóng vừa đẹp mắt rồi. Đó là lý do gì vậy? Thì ra, ánh sáng chiếu tới bất cứ trên bề mặt nào cũng đều có thể xảy ra phản xạ. Giả dụ mặt bằng đó trơn bóng, thế thì có thể sinh ra phản quang rất mạnh, nhìn vào rất sáng. Có lẽ bạn sẽ hỏi: Vì sao trên bề mặt của các vật thể như tường nhà, bàn v.v... không nhìn thấy phản quang rất mạnh nhỉ? Bề mặt các vật thể như tường, bàn v.v... không thực sự trơn bóng đâu. Bạn cầm một kính lúp quan sát tỉ mỉ một lúc, thì sẽ phát hiện bề mặt của các vật thể đó đều xù xì, thô ráp, cao thấp không đều. Bề mặt thô ráp cũng có thể phản xạ ánh sáng. Có điều phản xạ về bốn phương, tám hướng, chứ không phải tập trung vào một hướng nhất định. Cái đó trong vật lý gọi là sự phản xạ khuếch tán v.v... Vì vậy chúng ta không trông thấy ánh sáng phản xạ mạnh. Bề mặt của giầy da cũng không phải rất trơn bóng. Nếu chiíec giầy bẩn thì cố nhiên trở thành thô ráp hơn. Như vậy nó không thể làm cho tia sáng tập trung về một hướng nhất định. Cho nên nhìn vào không thấy bóng lộn. Mục đích của việc bôi xi đánh giầy là để những hạt li ti trong xi lấp vào những chỗ trũng thấp trên bề mặt giầy da, làm cho nó trở nên bằng phẳng, và xi đánh giầy có một loại năng lực thẩm thấu. Nó có thể lấp kín mọi lỗ nhỏ, sau đó dùng vải xát lên để xi được phủ đầy khắp, tình trạng thô ráp của bề mặt giầy da được cải thiện lên nhiều, ánh sáng phản xạ về một hướng nào đó, chiếc giầy liền bóng lộn lên nhiều . Cho nên sau khi bôi xi lên giầy, càng xát nó càng bóng lên. CHẬU THAU ĐỰNG ĐẦY NƯỚC, VÌ SAO KHI NHÌN NGHIÊNG THẤY NƯỚC TRỞ THÀNH NÔNG HƠN? Khi chậu thau đựng đầy nước, nhìn nghiêng từ bên cạnh, độ sâu từ mặt nước tới đáy chậu có vẻ như trở thành nông hơn. Hiện tượng kì lạ này, rốt cuộc đã xảy ra như thế nào? Muốn làm sáng tỏ chân tướng của một cách triệt để thì cần phải hiểu rõ một số tính khí của ánh sáng trước đã. Thì ra trong cùng một loại môi trường, ánh sáng bao giờ cũng truyền theo đường thẳng-đường ngắn nhất. Song nó từ một loại môi trường đi vào một môi trường khác, ví dụ như từ không khí vào nước, hoặc từ nước vào không khí, do tốc độ truyền của ánh sáng trong hai loại môi trường đó khác nhau, trên mặt phân cách của hai môi trường, ánh sáng sẽ bị cong lại, đi theo một đường gấp khúc. Loại hiện tượng này của ánh sáng gọi là khúc xạ ánh sáng. Chậu nước của bạn trông thấy biến thành nông đi chính là do khúc xạ của ánh sáng gây nên. Bạn xem kìa, dưới khe suối có con cá nhỏ, tia sáng từ thân cá phản xạ ra, đến mặt phân cách giữa nước và không khí liền đổi hướng truyền theo đường thẳng, nó gấp nghiêng với mặt nước một góc. Cái đập vào mắt chúng ta chính là tia sáng đã gấp khúc đổi hướng. Song con mắt không cảm nhận được, vẫn cứ tưởng rằng tia sáng đó theo đường thẳng chiếu tới, và ngộ nhận ảnh ảo do tia sáng đã bị đổi hướng đó tạo ra con cá thật. Như vậy vị trí của cá trong nước nhìn có vẻ nông hơn. Lí lẽ khiến cho chậu nước trở thành nông hơn cũng như thế đấy. Trò đùa nghịch của tia sáng cũng giống như cách biến hoá của nhà ảo thuật thế thôi. Khi chúng ta nhận biết rõ đủ loại tính khí của tia sáng, thì sẽ không bị nó “lừa gạt” nữa. Người đánh cá có kinh nghiệm khi dùng cái xiên để xỉa cá, người ấy quyết không xỉa thẳng vào con cá, vì rằng đó chẳng qua chỉ là ảo ảnh của cá. Chắc chắn anh ta nhằm vào chỗ hơi xa và sâu hơn một chút dùng sức đâm tới. Như vậy, một con cá giãy giụa tứ tung đã bị xiên chặt. Đó đúng là kinh nghiệm phong phú mà người đánh bắt cá tích luỹ được qua thực tiễn lâu dài của mình. EM BÉO LÊN PHẢI KHÔNG? Hai anh em Toàn, Thư mỗi lần đi học đều đứng trước gương để xem đầu tóc, khăn quàng có chỉnh trang chưa. Một hôm, trên đường cùng đi học, hai anh em nhìn thấy chiếc ô tô đỗ bên đường, có cái gương gắn bên buồng lái xinh xinh. Thư chạy lại soi thử một lúc, rồi tần ngần kêu lên: Ôi, em béo thêm lên thì phải? Toàn chạy lại nhìn thì quái lạ sao: Thư trong gương trông béo hẳn lên. Em tới gần để soi thử thì chính em cũng béo lên! Thế là thế nào nhỉ? Cả hai anh em chẳng hiểu vì sao, bèn bảo nhau tới hỏi thầy dạy vật lý các lớp trên, ở gần nhà hai em. Vừa hay thầy lại đang chuẩn bị bài giảng ‘‘Quang học” cho các anh chị lớp trên, nên thầy vừa giảng giải, lại vừa có ‘‘giáo cụ trực quang’’ chỉ cặn kẽ cho hai em : Những gương ta thường thấy này, được gọi chung là mặt gương. Mặt gương có ba loại. Loại thường dùng trong các gia đình để soi mặt, chải đầu được gọi là gương phẳng. Bề mặt của nó phẳng. Một chùm tia sáng song song chiếu tới gương thì ánh sáng phản xạ cũng là những tia sáng song song, cho nên gnười đứng song song với mặt gương có hình dạng thế nào, sẽ thấy ảnh của mình như thế trong gương. Loại mặt gương thứ hai là có mặt gương cong lồi lên, gọi là gương cầu lồi. Loại gương này có hai đặc điểm. Một là tia sáng từ bên ngoài chiếu tới thì qua sự phản xạ của gương cầu lồi sẽ tản rộng ra. Nếu các em tới soi sẽ thấy béo lên. Một đặc điểm khác là dùng gương cầu lồi, mắt người có thể nhìn tới phạm vi lớn hơn so với khi nhìn vào gương phẳng. Bởi vậy, gương soi để nhìn về phía sau của ôtô đều dùng mặt gương lồi là để người lái xe có thể nhìn thấy phạm vi sau xe rộng hơn một chút, giúp cho điều khiển xe an toàn. Loại gương thứ ba là gương có mặt cong lõm xuống dưới. gọi là gương cầu lõm. Loại gương này có hai đặc điểm, mà hai đặc điểm này lại ngược với gương lồi. Nó có thể làm cho các tia sáng hội tụ lại, nên khi soi sẽ thấy hình như gầy đi, nhỏ lại. Thứ gương mà các thày thuốc dùng soi họng cho người bệnh là loại gương lõm này. Khi soi tia sáng sẽ hội tụ lại nơi cần soi như trong họng, lỗ tai, giúp thầy thuốc nhìn thấy các biểu hiện các bệnh tật mà chuẩn đoán bệnh. II. PHƯƠNG PHÁP CHUNG ĐỂ GIẢI ĐÁP NHANH NHỮNG CÂU HỎI ĐỊNH TÍNH QUANG HỌC. Những hiện tượng trong tự nhiên xảy ra xung quanh ta rất đa dạng, phong phú, muôn hình muôn vẽ. Tuy nhiên, tất cả mọi hiện tượng đếu có nguyên nhân của nó. Dùng tư tưởng khoa học, phương pháp khoa học và tri thức khoa học chính xác sẽ giúp ta trả lời chính xác bản chất của các hiện tượng này. Những hiện tượng Quang học cũng vậy, chúng đều có nguyên nhân cả. Để trả lời đúng, chính xác và nhanh chóng hiện tượng xảy ra, ngoài việc phải nắm vững kiến thức phần Quang học, ta còn phải xác định ‘‘mấu chốt’’ của vấn đề, xem những hiện tượng xảy ra đó thuộc mảng kiến thức nào của phần Quang học: Quang hình học, giao thoa, nhiễu xạ hay hiện tượng phát quang v.v... để giới hạn kiến thức và giải thích chính xác bản chất hiện tượng. III. 30 HIỆN TƯỢNG QUANG HỌC PHỔ BIẾN TRONG TỰ NHIÊN. 1. CÓ THỂ DẪN ÁNH SÁNG ĐI THEO NHỮNG ỐNG CONG, NHƯ DẪN NƯỚC, ĐƯỢC KHÔNG? Ánh sáng truyền theo đường thẳng, nhưng khi gặp một tấm gương, thì tia sáng bị hắt theo hướng khác. Nếu ta đặt một dãy nhiều gương phẳng, sao cho cái nọ nối tiếp cái kia (hình a) thì khi rọi một tia sáng vào gương thứ nhất tia sáng sẽ lần lượt phản xạ trên các gương của dãy và đi theo một đường gấp khúc. Muốn cho đường gấp khúc trở thành một đường cong, thì các gương phải nhỏ, nhiều vô hạn, và đặt nối tiếp nhau thành đường cong mà ta muốn tia sáng đi theo. Có thể thực hiện được điều đó bằng cách dùng một mặt kim loại, nhẵn bóng, uốn thành một mặt trụ. Nhưng biện pháp tốt nhất là dựa vào sự phản xạ toàn phần. Ta xét thanh trong suốt bằng thuỷ tinh, hoặc chất dẻo, uống cong (hình b) và rọi một chùm tia sáng hẹp vào một đầu ống. Chiếc suất và độ cong của thanh đã được lựa chọn để cho các tia sáng tới thành bên của thanh dưới những góc lớn hơn góc giới hạn phản xạ toàn phần. Do đó, tới chỗ cong, tia sáng liên tiếp bị phản xạ toàn phần và cuối cùng, đi theo thanh mà ló ra ở đầu kia. Thanh như thế đã hướng chùm sáng đi theo nó, và được gọi là ống dẫn sáng. Trong thực tế, ống dẫn sáng được làm bằng một bó sợi chất dẻo, để cho mềm và dễ uốn theo ý muốn. Nó được dùng trong y học để rọi sáng vào miệng khi chuẩn đón các bệnh về răng, miệng, họng, để soi sáng các phần trong cơ thể, chẳng hạn các bộ phận của cơ quan tiêu hoá. 2. BẢNG ĐO THỊ LỰC ĐƯỢC CẤU TẠO NHƯ THẾ NÀO? ĐO THỊ LỰC THẾ NÀO CHO ĐÚNG? Thị lực là con số đánh giá khả năng phân ly của mắt. Võng mạc của mắt được cấu tạo bởi hai loại tế bào: tế bào nón và tế bào que. Giữa võng mạc có một vòng tròn đường kính chừng 1mm gọi là điểm vàng, tâm hơi trũng xuống. Trong điểm vàng chỉ có toàn tế bào hình nón, nên điểm vàng là điểm nhạy sáng nhất của võng mạc. Mỗi tế bào nón được nối với đầu một dây thần kinh thị giác. Khi nhìn một vật bao giờ ta cũng hướng trục nhìn của mắt vào vật, để ảnh của vật vào đúng điểm vàng. Nếu ảnh của hai điểm khác nhau A và B rơi vào hai tế bào nón khác nhau trên điểm vàng, thì hai dây thần kinh ghi được hai cảm giác khác nhau, và mắt nhận biết được rằng đấy là hai điểm khác nhau. Nhưng nếu vì vật ở xa, hoặc vì A và B quá gần nhau đến mức ảnh của hai điểm rơi vào cùng một tế bào nhạy sáng của võng mạc thì mắt chỉ ghi được một cảm giác độc nhất, tức là mắt sẽ thấy hai điểm đó trùng nhau. Vậy, muốn phân biệt hai điểm A và B thì góc trông đoạn AB phải lớn hơn hay ít nhất là bằng một trị số giới hạn , gọi là năng suất phân ly của mắt. Đối với người bình thường trong phòng sáng vừa phải,  có trị số chừng 1 phút, tức là chừng 3/10000rad. Mắt có  đúng bằng 1 phút, thì có thị lực 10, thị lực 9 ứng với  = 2’, thị lực 8 ứng với  = 3’v.v.. Bảng đo thị lực gồm hơn một chục hàng chữ. Chữ ở hàng số 10 thì nét rộng 2mm, để khi đứng bảng 5m ta nhìn các chữ số của hàng ấy dưới góc 1’. Chữ hàng số 9 thì lớn gấp đôi, ở hàng số 8 thì lớn gấp 3 ... hàng số 10. Hàng chữ trên cùng, số 1, có nét rộng 22m, hàng số 11, 12 nhỏ hơn hàng số 10. Muốn đo thị lực phải đứng cách bảng 5m và bảng phải có độ rọi tiêu chuẩn 50lux, và thử đọc chữ ở các hàng, bắt đầu từ hàng số 1, bằng từng mắt một. Nếu đọc được đến hàng số 9, nhưng không đọc được hàng số 10, thì ghi thị lực của mắt là 9. Để phép đo được đúng, ngoài việc đảm bảo cho bảng có độ rọi chuẩn, nên đứng một lát cho quen mắt rồi thử và thử đi thử lại một vài lần. 3. TẠI SAO CÁC VÌ SAO LÁP LÁNH? Những đêm hè quang mây không Trăng ngồi hóng mát ngoài sân, chúng ta thường say mê ngắm bầu trời, với muôn vàng ngôi sao lấp lánh. Nếu qua sát kỹ, chúng ta sẽ thấy rằng, những ngôi sao ở thấp gần chân trời lấp lánh mạnh hơn, còn những ngôi sao ở cao, giữa vòm trời, thì không lấp lánh. Hẳn bạn đã nhiều lần nhìn thấy rằng, khi nhìn qua phía trên đầu máy xe lửa, vào một vật ở xa, thí dụ như vào cửa sổ của một ngôi nhà, thì thấy đường nét của ngôi nhà thành ngoằn ngoèo, lung linh. Đó là vì lớp không khí gần đầu máy nóng lên và chuyển động lên phía trên (tạo thành dòng đối lưu trong không khí). Dòng khí nóng có tỉ trọng nhỏ hơn, do đó có chiếc suất nhỏ hơn không khí xung quanh. Tia sáng từ vật tới mắt bạn khi đi qua dòng khí đó bị khúc xạ trở thành hơi cong nên nhìn thấy vật ở một vị trí hơi khác so với khi tia sáng không bị cong. Vì dòng khí không đều và không ổ định nên những điểm khác nhau của vật bị dich chuyển không đều nhau và vật bị “biến dạng”, mép cửa trở thành ngoằn ngoèo. Và những chổ ngoằn ngoèo lại thay đổi liên tục, nên ta thấy vật như lay động nhẹ. Sao trên trời lấp lánh cũng do cùng một nguyên nhân. Các tia sáng từ sao đến mắt ta cũng qua một lớp khí quyển dày. Ban ngày mặt đất bị Mặt Trời nung nóng nên trong khí quyển luôn luôn có dòng khí đối lưu nhỏ, chiếc suất khác nhau. Tia sáng từ vì sao tới mắt ta, khi đi qua những dòng khí ấy, bị khúc xạ thành hơi cong, lúc cong về phía này, lúc cong về phía khác. Do đó một mặt vị trí của ngôi sao hình như bị thay đổi liên tục, mặt khác số tia sáng rọi vào mắt cũng không đều, lúc nhiều, lúc ít khiến ta thấy sao có lúc sáng hơn, có lúc tối hơn, tức là thấy nó lấp lánh. Sao càng ở gần chân trời, lớp không khí mà tia sáng phải đi qua càng dày, sao càng lấp lánh mạnh. Khi sao ở giữa đỉnh đầu, lớp không khí mà ánh sáng đi qua mỏng hơn, tia sáng lại đi cùng phương với dòng khí, nên tia sáng không bị cong và hầu như không lấp lánh. Nếu bạn qua sát kỹ, thì thấy rằng sao Hôm (hay Sao Mai), và nói chung hành tinh thì không lấp lánh. Đó là vì góc trông của hành tinh tương đối lớn (góc trông của các sao đều bằng không), chùm sáng từ hành tinh rọi vào mắt tương đối rộng nên thăng giáng trong chùm không rõ rệt. 4. NHÌN BẰNG HAI MẮT CÓ LỢI GÌ HƠN NHÌN MỘT MẮT? Người ta có hai con mắt không phải do tạo hoá muốn người ta trông nhìn nhiều hơn ăn, nói. Tác dụng của sự nhìn bằng hai mắt, là cho ta cảm giác về độ sâu, về hình nổi. Hai mắt cách nhau một khoảng 5-6cm. Khi nhìn một vật bằng cả hai mắt, hai ảnh phối cảnh của vật trên võng mạc của hai mắt hơi khác nhau một chút. Khi thần kinh thị giác của hai mắt “chập” hai cảm giác thu được với mỗi mắt, thành cảm giác chung về hình ảnh của vật, thì hai cảm giác không “chập” hoàn toàn, và do đó cho ta cảm giác về độ sâu về hình nổi. 5. TẠI SAO XẢY RA HIỆN TƯỢNG ẢO ẢNH? Chắc là mọi người đều biết nguyên nhân vật lý của hiện tượng ảo ảnh thông thường. Lớp không khí nông ở kề sát mặt cát bị hun nóng trên sa mạc có những tính chất của gương phẳng, đó là do lớp không khí này có mật độ nhỏ hơn lớp không khí nằm trên. Tia sáng từ một vật ở xa rọi nghiêng, khi tới lớp không khí này sẽ uống cong đường đi, rồi lại rời khỏi mặt đất và đạp vào mắt người quan sát, tựa hồ như được phản xạ từ gương dưới một góc tới rất lớn. Và đối với người quan sát, dường như trước mặt mình có một mặt nước phẳng lặng trải ra trong sa mạc (hình vẽ). Chú thích: Trên hình vẽ đường đi của tia sáng nghiêng so với mặt đất được phóng đại, vì đường của tia sáng chếch xuống mặt đất không dốc đến thế. Tuy vậy, đúng hơn phải nói rằng, lớp không khí bị hun nóng ở gần mặt đất nóng phản xạ các tia sáng không giống như các gương phẳng, mà giống như một mặt nước, được khảo sát từ độ sâu của nước. Ở đây đã xảy xa hiện tượng phản xạ toàn phần. Các hiện tượng tương tự đặt biệt xảy ra vào mùa hè tên các đường nhựa. Các đường này có màu thẫm, nên bị hun nóng dưới ánh nắng Mặt Trời. Mặt đường mờ đục từ xa trông tựa như một mặt nước đánh bóng và phản chiếu các vật ở xa. Đường đi của tia sáng đó được trình bày trên hình vẽ bên. Chỉ cần quan sát một chút, bạn có thể thấy các hiện tượng tương tự không đến nỗi hiếm xảy ra như bạn vẫn thường nghĩ đâu. 6. MẶT TRĂNG, MẶT TRỜI LÚC MỚI MỌC, HOẶC SẮP LẶN CÓ ĐÚNG LÀ TO HƠN LÚC Ở ĐỈNH ĐẦU KHÔNG? Khi nói Mặt Trăng, Mặt Trời to, nhỏ ta phải hiểu là góc trông của các thiên thể ấy to, hay nhỏ. Và hiểu như thế, thì góc trông Mặt Trời, từ sáng đến trưa, và từ trưa đến chiều không thay đổi hay nói cho đúng hơn chỉ thay đổi một trị số cực nhỏ, không đáng kể so với góc ấy. Và như thế có nghĩa là Mặt Trăng, Mặt Trời lúc mới mọc cũng chỉ to như lúc ở trên đỉnh đầu thôi. Và thực sự thì chụp ảnh hoặc đo góc trông hai thiên thể ấy, người ta thấy đúng là chúng không thay đổi. Thế thì tại sao khi Trăng mới mọc ta thấy nó “to như cái mâm” để khi lên cao chỉ còn “ nhỏ bằng cái đĩa”? Đó là vì mắt bị lừa chỉ là một ảo giác mà thôi. Khi trăng lên cao giữa Mặt Trăng và mắt không có vật gì khác để so, nên ta thấy Mặt Trăng có vẻ như gần. Nhìn một vật ở gần, dưới một góc nhỏ ta cho nó là bé. Khi trăng ở gần chân trời, giữa Trăng và mắt có xen nhiều vật: nhà, cây cối, nước, sông ..., ta có cảm giác là mặt trăng ở rất xa. Cho là trăng ở xa mà góc trông lại không giảm, nên ta tưởng như nó to ra. Để rứt khỏi ảo giác này, ta nên làm thí nghiệm nhỏ sau đây: Lấy một tấm kính hơ lên ngọn đèn dầu hoả cho muội bám vào thành một lớp đều. Và nhìn Mặt Trời lúc mọc qua tấm kính đó. Qua tấm kính đen bạn không trông thấy vật gì khác ngoài Mặt Trời, và sẻ thấy nó cũng nhỏ như lúc ở đỉnh đầu. 7. CÓ PHẢI MUỐN NHÌN THẤY NHỮNG CON VI TRÙNG CỰC NHỎ CHỈ CẦN CHẾ TẠO NHỮNG KÍNH HIỂN VI PHÓNG ĐẠI NHIỀU LẦN LÀ ĐƯỢC KHÔNG? Khi mới sản suất được kính hiển vi, người ta cũng đã nghĩ rằng, cứ tăng độ phóng đại lên càng nhiều lần, thì vật nhỏ đến mấy, cuối cùng cũng bị “ lôi ra ngoài ánh sáng”. Chẳng hạn, cho kính phóng đại lên mười vạn lần, thì sẽ trông thấy con vi trùng dài một phần vạn milimet to thành 1cm. Thực sự thì, do ánh sáng có tính chất sóng, nên dự định trên không thực hiện được. Hãy quan sát mặt nước hồ, khi có những gợn sóng nhấp nhô: ngọn sóng nọ cách ngọn sóng tiếp theo một khoảng không thay đổi chừng vài chục centimet. Khi sóng gặp cái thuyền, thì nó bị thuyền cản không cho truyền đi tiếp. Nhưng cái sào cắm dưới nước lại không gây ảnh hưởng gì: sóng nước lướt qua cái sào, mà khôn ghề bị suy yếu chút nào. Ta gọi khoảng cách giữa hai ngọn sóng liên tiếp là bước sóng. Kích thước cái thuyền lớn hơn bước sóng, nên thuyền chắn được sóng, và sau thuyền không có sóng truyền tới. Còn kích thước cái sào nhỏ hơn bước sóng, nên sào không cản được sóng. Ánh sáng mà mắt ta nhìn thấy cũng là một loại sóng, nhưng bước sóng rất nhỏ, từ 0,4 đến 0,8 phần nghìn milimet. Khi cho một chùm ánh sáng chiếu qua tiêu bản đặt trên kính hiển vi, thì chỉ chi tiết nào trên tiêu bản lớn hơn hay bằng bước sóng ánh sáng, mới cản được ánh sáng và sinh ra một bóng tối. Khi nhìn trong kính hiển vi, ta trông thấy bóng tối ấy và nhận ra hình dáng của chi tiết. Nhưng nếu chi tiết ấy nhỏ hơn một nữa bước sóng, thì nó không cản được ánh sáng, không sinh ra được bóng tối, và ta sẽ không nhìn thấy nó, dù kính phóng đại bao nhiêu lần. Vì vậy kính hiển vi, nhìn bằng mắt, chỉ giúp ta trông thấy những vi trùng lớn hơn 0,2 phần nghìn milimet mà thôi. Những sinh vật có kích thước nhỏ hơn không trông thấy được trên kính hiển vi thường được gọi là siêu vi trùng. Với kính hiển vi điện tử, người ta đã chụp được nhiều siêu vi trùng. 8.CHỤP ẢNH NGOÀI TRỜI NẮNG, NHỮNG NGƯỜI CHƠI ẢNH GIÀU KINH NGHIỆM THƯỜNG LẮP THÊM KÍNH LỌC MÀU VÀNG HOẶC MÀU ĐỎ NHẰM MỤC ĐÍCH GÌ? Phim ảnh dù đã được nhạy hoá, vẫn có độ nhạy lớn đối với ánh sáng màu tím, màu lam, và nhỏ đối với màu vàng, màu đỏ.Vì thế nên độ tương phản của các phần trên phim không hoàn toàn phù hợp với độ tương phản trên vật, đặt biệt là khi chụp ngoài nắng. Chẳng hạn, một lá cờ đỏ đang tung bay với mắt thì nổi hẳn trên nền trời xanh, nhưng khi chụp trên phim rồi in trên ảnh, ta thấy lá cờ bị tối, và nền trời sáng hơn nhiều. Để loại trừ ảnh hưởng này, người ta làm yếu bớt các tia sáng màu lam, màu tím, bằng cách bắt chùm sáng đi qua một kính lọc, trước khi rọi vào máy. Kính lọc màu vàng nhạt để các tia đỏ, vàng và da cam qua được gần hoàn toàn, và hấp thụ một phần các tia lam và tím, nên làm cho ảnh chụp giống như thật. Kính lọc màu vàng sẫm vẫn cho các tia đỏ và vàng qua gần hết, nhưng hấp thụ các tia lam và tím mạnh hơn, làm cho ảnh tương phản hơn vật, chẳng hạn làm cho nền trời tối bớt, và các đám mây hiện rõ hơn. Kính lọc màu da cam, và nhất là kính màu đỏ hấp thụ hết ánh sáng màu lam, màu tím, nên cho những ảnh thật tương phản, khác hẳn thật, chẳng hạn, vật màu đỏ hiện rất sáng, vật màu lam, tím trở thành tối, trời mây bình thường mà hiện trên ảnh như sắp có giông. Người sử thành thạo kính lọc có thể gây được nhiều hiệu quả đặc sắc. Khi chụp ảnh với kính lọc màu, phải chú ý lấy tăng ánh sáng một cách thích hợp. 9. VÌ SAO DƯỚI ÁNH SÁNG BAN NGÀY, NHÌN BONG BÓNG XÀ PHÒNG HAY VẾT DẦU LOANG TRÊN VŨNG NƯỚC, TA THẤY CÓ NHIỀU MÀU SẶC SỠ? Những vân màu sặc sỡ trên bong bóng xà phòng hoặc trên vết dầu loang trên mặt nước là kết quả của sự giao thoa ánh sáng. Màng bong bóng xà phòng là một lớp nước mỏng-cỡ phần nghìn milimettrong suốt, vết dầu loang cũng là một màng như vậy. Hai mặt của màng cùng phản xạ ánh sáng như hai mặt của tấm cửa. Ta xét một điểm I trên màng mỏng M mà độ dày được vẽ to gấp nghìn lần độ dày thật. Tia sáng SIR1 phát đi từ một điểm S của nguồn, phản xạ ở mặt trên của màng và rọi vào mắt. Trong số rất nhiều tia sáng phát đi từ S, có một tia SKR 2 phản xạ ở mặt dưới của màng và cũng rọi vào mắt. Vì màng rất mỏng, nên đối với mắt, hai tia IR1 và KR2 như là được phát đi từ cùng một điểm I. Khi hai tia này được thuỷ tinh thể của mắt hội tụ lên võng mạc, chúng gặp nhau và giao thoa với nhau. Hai tia sáng đi từ điểm I, mà gặp nhau trên võng mạc của mắt, thì mắt nhìn rõ điểm I: ta nói là mắt điều tiết để nhìn vào mặt bản. Hai tia sáng giao thoa với nhau, có thể hoặc tăng cường lẫn nhau, hoặc triệt tiêu nhau, tuỳ theo độ dày của màng và tuỳ theo bước sóng ánh sáng. Chùm ánh sáng rọi vào màng là ánh sáng trắng, có đủ các màu, ứng với nhiều bước sóng khác nhau, nên cùng một lúc, ở cùng một điểm I, sóng ánh sáng màu này bị triệt tiêu, sóng ánh sáng màu khác lại được tăng cường, và ánh sáng phản xạ thành có màu sắc, và màu sắc đó thay đổi theo chổ dày, chỗ mỏng trên màng. Chú thích: Tia SIR1 phản xạ ở mặt trên, tia SKR2 phản xạ ở mặt dưới của màng gặp nhau ở điểm I’ trên võng mạc và giao thoa với nhau Chùm sáng rọi vào điểm I rất rộng, nhưng con ngươi của mắt lại nhỏ, nên chùm tia lọt vào mắt vẫn chỉ là một chùm hẹp, nên có thể quan sát được vân giao thoa, mà không cần dùng khe hẹp, như trong thí nghiệm Y-âng. 10. VÌ SAO SOI MÌNH XUỐNG GIẾNG NƯỚC LẠI THẤY BÓNG MÌNH RÕ HƠN KHI SOI MÌNH XUỐNG CHẬU NƯỚC? Khi soi mình xuống chậu nước thì ngoài ánh sáng phản xạ cho ảnh mình, mắt cò nhận được ánh sáng tán xạ từ bên ngoài nhất là từ đáy chậu. Ánh sáng này lại mạnh hơn ánh sáng phản xạ, nên lấn át ánh sáng phản xạ. Trường hợp giếng nước lại khác. Do mặt nước ở dưới sâu, thành giếng che hầu hết ánh sáng tán xạ từ bên ngoài. Nước lại sâu, hầu như không có ánh sáng tán xạ từ đáy giếng lên (nước càng sâu càng hấp thụ nhiều ánh sáng truyền qua). Vì vậy khi soi xuống giếng nước mắt không bị loá vì ánh sáng tán xạ từ ngoài, chỉ còn nhận được áng sáng phản xạ, nên nhìn thấy bóng mình rõ hơn. 11. 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. 12. CÓ TÀNG HÌNH ĐƯỢC KHÔNG? MUỐN TÀNG HÌNH PHẢI THỰC HIỆN NHỮNG ĐIỀU KIỆN GÌ? Ngụy trang trong chiến tranh cũng có thể coi là hình thức đơn giản của tàng hình. Ta đội mũ cài lá, mặc áo đốm xanh để màu sắc của ta không khác biệt với rừng cây. Một số sinh vật vì lý do sinh tồn cũng có màu sắc giống môi trường sống để ngụy trang. Ta cũng đã biết chỉ cần thay đổi màu ánh sáng của đèn chiếu cũng có thể làm cho diễn viên trên sân khấu”biến mất”. Nhưng tất cả các kiểu “tàng hình” nói trên đều chưa phải là tàng hình thực sự. Ở đây ta muốn nói đến tàng hình thực sự, nghĩa là dưới ánh sáng ban ngày người tàng hình đứng tại bất cứ chỗ nào cũng không ai có thể nhìn thấy. Muốn thế người định tàng hình phải làm thế nào khử được tất cả những điều kiện để người khác nhìn thấy mình. 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-nướcchẳng 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. Nhưng giả sử có người nắm được bí quyết tàng hình, thì anh ta cũng không gây được náo động bất ngờ, như trong một vài truyện hoặc phim khoa học viễn tưởng, vì các lý do sau đây: 1. Người tàng hình vẫn bị lộ nguyên hình khi người ta dùng các phương tiện quan sát khác như dùng ống nhòm hồng ngoại. Cơ thể người tàn hình có nhiệt đọ 37 0C, đó là nguồn phát ra hồng ngoại. 2. Người tàn hình sẽ trở thành người mù, vì thuỷ tinh thể của mắt không còn có tác dụng hội tụ ánh sáng như một thấu kính nữa. 3. Người tàn hình không được ăn uống gì ở chỗ có người, vì thức ăn chưa tiêu hoá, chưa tàng hình được với người. 4. Người tàng hình mà gặp trời mưa, chân giẫm phải bùn, bùn bám vào chân, thì cũng bị lộ-trong một cuốn phim truyện về người tàng hình anh ta vì để dấu chân trên tuyết mà bị lộ. Vậy dù có người tàng hình thật đi nữa, cũng chẳng sợ anh ta “đột nhập” vào phòng bạn. 13. 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. 14. 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. 15. 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. 16. VÌ SAO BAN NGÀY NHÌN NGỌN ĐÈN ĐIỆN NGOÀI PHỐ (CÒN THẮP SÁNG) TA KHÔNG THẤY LÓA MẮT NHƯ VỀ BAN ĐÊM, MẶC DẦU CƯỜNG ĐỘ SÁNG CỦA ĐÈN KHÔNG THAY ĐỔI? Hiện tượng lóa mắt thường gặp, khi điều kiện chiếu sáng thường thay đổi đột ngột, khiến mắt không kịp thích nghi. Chẳng hạn, trong rạp chiếu bóng, khi hết phim, nếu đèn điện nhất loạt bật sáng, thì mắt bị lóa; mùa hè đang đi ngoài đường nắng, vén mành mành bước vào nhà, ta cũng bị lóa mắt, và phải đứng định thần vài phútmới trông rõ mọi vật trong buồng. Nguyên nhân sự lóa mắt, là do các tế bào nhạy sáng của mắt thay đổi độ nhạy chậm hơn điều kiện chiếu sáng. Mắt được cấu tạo để nhìn trong những điều kiện chiếu sáng rất khác nhau, từ những chỗ rất sáng, như đường phố lúc trưa hè, đến những chỗ tối như “đêm ba mươi”: võng mạc của mắt có hai loại tế bào; tế bào nón hoạt động khi đủ ánh sáng, (ban ngày) tế bào que chỉ hoạt động khi thiếu ánh sáng (chiều, tối). Cả hai loại tế bào này lại có độ nhạy tăng dần, khi lượng ánh sáng rọi vào mắt giảm. Trước thuỷ tinh thể của mắt, lại còn có con ngươi, tự động mở rộng khi thiếu ánh sáng, và tự động thu hẹp khi ánh sáng bên ngoài quá mạnh. Nhờ phối hợp khéo léo ba quá trình trên, mắt có thể hoạt động ở chỗ tối cũng tốt gần như ở chỗ sáng. Nhưng, nếu con ngươi của mắt mở rộng hay thu hẹp một cách tự động và nhanh chóng, thì các tế bào nhạy sáng của mắt chỉ thay đổi từ từ. Khi ta đi ngoài đường sáng, con ngươi khép nhỏ hết sức, và tế bào nón hoạt động với độ nhạy thấp, còn tế bào que không hoạt động. Nếu ta đột ngột bước vào căn nhà tối, thì con ngươi lập tức mở ra rộng, để lượng ánh sáng rọi vào mắt được nhiều hơn, nhưng tế bào nhạy sáng của mắt chưa kịp tăng độ nhạy. Do đó, ta chưa nhìn rõ các vật trong nhà. Phải một, hai phút sau, độ nhạy của các tế bào nón mới tăng đến mức đủ giúp cho mắt nhìn rõ mọi vật. Trong một, hai phút chờ đợi ấy, mắt ta bị loá. Ngược lại cũng vậy, từ trong hnà bước ra ngoài sân nắng, độ nhạy của các tế bào nhạy sáng chưa kịp giảm, ta cũng bị lóa. Ban ngày mọi vật đều sáng, sáng gần ngang với bóng đèn điện đang thắp, mắt hoạt động với độ nhạy thấp, nên khi nhìn bóng đèn cũng như nhìn mọi vật khác, không cần thay đổi độ nhạy, mắt không bị lóa. Buổi tối, mọi vật đều tối, trừ các bóng đèn trên cao. Nhìn mọi vật mắt phải tăng độ nhạy lên nhiều lần. Nếu đang lúc ấy, mắt chợt nhìn vào bóng đèn, sáng như các vật ban ngày , mắt sẽ bị lóa, vì độ nhạy của mắt chưa giảm kịp. 17. VÌ SAO CÔNG NHÂN HÀN ĐIỆN PHẢI CHE MẶT BẰNG MỘT CÁI MẶT NẠ CÓ TẤM KÍNH TÍM? Ánh lửa hàn phát ra rất nhiều tia tử ngoại, một loại “ánh sáng đen” có bước sóng ngắn hơn 3800A0. Trong quang phổ vị trí của những tia này ngoài vùng tím, vì thế gọi là tia tử ngoại (tử là tím). Tia náy có tác dụng hoá học rất mạnh, có thể phân huỷ tế bào. Phải làm thế nào để ngăn cản những tia tử ngoại tác dụng tới mắt công nhân trong quá trình làm việc. Tấm kính tím có công dụng như vậy. Mặt khác nó còn có tác dụng làm giảm độ chói của nguồn sáng để công nhân có thể nhìn rõ vật phải hàn, không bị lóa mắt. 18. TRONG BỆNH VIỆN NGƯỜI TA VẪN PHẢI CHIẾU ĐIỆN. “CHIẾU ĐIỆN” LÀ THẾ NÀO VÀ NHẰM MỤC ĐÍCH GÌ? Ngoài những tia tử ngoại có bước sóng ngắn, còn có những tia không nhìn thấy có bước sóng ngắn hơn. Đó là những tia Rơnghen (tia X). Người ta tạo ra tia Rơnghen bằng ống Rơnghen. Trong ống là chân không. Khi nối âm cực K và dương cực A với nguồn điện có hiệu điện thế cao, từ âm cực phát ra một chùm điện tử chuyển động nhanh. Đập vào đối âm cực AK làm bằng kim loại có nguyên tử lượng lớn (bạch kim hoặc vonfram) chùm điện tử bị hãm lại đột ngột; và AK phát ra tia Rơnghen. Tia Rơnghen có khả năng xuyên qua màn chắn sáng thông thường, làm huỳnh quang nhiều chất, có tác dụng làm đen phim ảnh v.v... Đối với cơ thể sinh vật tia Rơnghen xuyên qua thịt dễ hơn xương, xuyên qua những chỗ thương tổn cũng khác chỗ lành lặn. Đặt phía sau bộ phận bị chiếu tia Rơnghen một nàm chắn có phủ chất hùynh quang như kẽm sunfua, ta sẽ phát hiện được những chỗ tổn thương của bộ phận này. Công việc như vậy gọi là “chiếu điện”. Nếu thay màn chắn huỳnh quang bằng một phim ảnh, ta sẽ chụp được vết thương trên cơ thể đó (chụp điện). Chiếu điện, chụp điện nhằm mục đích chuẩn đoán bệnh, xác định vị trí những vật lạ chui vào cơ thể (mảnh bom, đạn v.v...), hoặc vị trí tổn thương vì những nguyên nhân khác. Chiếu điện còn có thể phát hiện những chỗ rạn nứt trong các chi tiết máy. Nhìn chung, tia Rơnghen sử dụng rất nhiều trong y học và công nghiệp. 19. “TẮM ĐIỆN” LÀ THẾ NÀO? TẮM ĐIỆN CÓ TÁC DỤNG GÌ? Tắm điện là phơi mình dưới ánh đèn giàu tia tử ngoại. Tia tử ngoại có tác dụng tổng hợp sinh tố D cần thiết cho cấu tạo xương và có tác dụng diệt một số nấm. Vì thế trẻ em còi xương hoặc người mắc bệnh nắm ngoài da thường được điều trị bằng phương pháp "tắm điện”. Mặc dầu khí quyển hấp thụ rất nhiều tia tử ngoại, nhưng trong ánh nắng vẫn còn ít nhiều tia này. Do đó, “tắm nắng” cũng là một biện pháp chống còi xương. 20. “MA TRƠI” LÀ GÌ? Những đêm tối trời, khô ráo, trên các bãi tha ma thường xuất hiện những khối sáng xanh chập chờn trong gió. Hiện tượng này được những người mê tín gọi là “ma trơi”. Chúng ta biết, một số phản ứng hoá học, nhất là những phản ứng ôxy hoá thường kèm theo sự phát quang. Chất hoá phát quang “cổ điển” nhất là chất lân tinh (phốt pho) mà người ta đã phát hiện từ 1669. Ở các bãi tha ma, phốt pho, từ các hài cốt bốc ra thành hơi qua kẽ đất bay lên, phản ứng với ôxy trong không khí tạo thành những khối sáng xanh chập chờn trong gió. Đó chính là bản chất của “ma trơi”. Hiện tượng hơi phốt pho phát quang trong không khí còn nhiều trường hợp kì lạ nữa. Giracđin kể rằng (1861) những lúc chập tối, sau một ngày lao động trong một môi trường đầy hơi phốt pho, những người thợ ra về với những hơi thở xanh lè trong bóng tối. Họ đã chứa đầy trong bụng, trong phổi hơi phốt pho. Magenđi cũng đã thử tiêm dầu phốt pho cho một con chó và nhận thấy trong hơi thở của nó có ánh sáng xanh trong bóng tối. 21. VÌ SAO CÓ MỘT SỐ CÁ CHẾT BỊ SÓNG BIỂN HẮT LÊN BỜ LẠI PHÁT QUANG TRONG ĐÊM TỐI? Con đôm đốm quen thuộc trong những đêm hè ở nông thôn nước ta là loại sinh vật có khả năng phát quang trong đêm tối. Nếu đom đốm chết, khả năng phát quang của nó cũng mất. Hiện tượng phát quang này liên quang đến quá trình sống của sinh vật. Đó là hiện tượng phát quang sinh vật. Nhưng những con cá chết trên bờ biển phát quang và những người đánh cá cho biết chúng không phát quang khi còn sống. Nhưng khi chúng đã chết, có một loại quang vi khuẩn bắt đầu sinh sống và phát triển trong cơ thể gần thối rữa của chúng làm cho ta tưởng cá phát quang. Chính do những quang vi khuẩn mà một số thịt, rau, xác người chết thối rữa cũng phát ánh sáng xanh. Cũng do vi khuẩn mà đôi khi mồ hôi, nước tiểu, những vết thương cũng phát ánh sáng xanh trong đêm tối. 22. NGƯỜI TA LÀM THẾ NÀO ĐỂ KIM VÀ CHỮ SỐ Ở MẶT ĐỒNG HỒ CÓ THỂ PHÁT SÁNG TRONG ĐÊM TỐI? Một số tinh thể như tinh thể kẽm sunfua, kẽm silicat hoặc kẽm catmi có tính chất phát quang rất mạnh khi bị kích thích bằng ánh sáng có bước sóng ngắn như tia tử ngoại, tia X (tia rơnghen) v.v... Áp dụng hiện tượng trên, người ta phủ lên mặt kim và chữ số của đồng hồ một lớp kẽm sunfua hoặc kẽm catmi trộn lẫn một lượng rất nhỏ chất phóng xạ như muối rađi hoặc muối mêsôtôri. Nhờ tia phóng xạ (trong đó có tia γ bước sóng rất ngắn) kẽm sunfua bị kích thích và phát ánh sáng lục rất rõ trong đêm tối. Sau một thời gian chất phóng xạ rã hết, tia phóng xạ tắt, kim và chữ số đồng hồ cũng hết sáng. Lượng chất phóng xạ pha thêm phải rất nhỏ, dưới mức gây nguy hiểm. 23. VÌ SAO ÁNH SÁNG ĐÈN ỐNG LẠI TỎA RA TỪ LỚP CHẤT MÀU TRẮNG PHỦ Ở THÀNH ỐNG? Đèn ống thường dùng là đèn chứa hơi thuỷ ngân. Khi xảy ra hiện tượng phóng điện, hơi thuỷ ngân phát sáng và cho một quang phổ giàu tia tử ngoại. Những tia tử ngoại này sẽ bị thuỷ tinh hấp thụ gần hết, vả chăng chúng cũng không có tác dụng trong sự chiếu sáng. Phải làm thế nào để biến đổi tia tử ngoại này thành ánh sáng nhìn thấy. Người ta phủ kín mặt trong của ống bằng lớp chất huỳnh quang. Khi bị tia tử ngoại tác dụng chất này sẽ phát quang cho ánh sáng nhìn thấy. Do đó ta thấy ánh sáng đèn ống tỏa ra từ khắp bề mặt của ống. Hình vẽ giải thích sự phát sáng của đèn ống. Chú thích : 1. Điện tử phát ra từ điện cực chuyển động với vận tốc lớn cho tới khi đập vào một nguyên tử thuỷ ngân. 2. Sự va chạm làm bật nguyên tử của thuỷ ngân ra khỏi quỹ đạo bình thường. Khi trở về quỹ đạo cũ nguyên tử phát xạ tử ngoại. 3. Bức xạ tử ngoại tác dụng vào chất huỳnh quang ở thành ống làm chất huỳnh quang phát ra ánh sáng nhìn thấy. Tuỳ theo chất huỳnh quang ta có thể thu được ánh sáng màu sắc khác nhau. Kẽm silicat phát quang màu lục Cađimi-borat phát quang màu hồng Cađimi-silicat phát quang màu đỏ Magiê-tungxtat phát quang lam nhạt Canxi-tungxtat phát quang lam