Giao thoa ánh sáng là một hiện tượng vật lý khi hai chùm ánh sáng chồng lên nhau sẽ tạo ra các vùng sáng tối tăng cường hoăc triệt tiêu lẫn nhau. Giao thoa ánh sáng là một hiện tượng phổ biến trong đời sống hàng ngày mà có thể bạn đã từng gặp rất nhiều. Nếu như đang không biết hiện tượng giao thoa ánh sáng là gì thì hãy cùng tham khảo bài viết đưới dây nhé!
Hiện tượng giao thoa ánh sáng là gì?
Giao thoa ánh sáng là một hiện tượng thường gặp trong Vật Lý. Đây là một hiện tượng khi hai hay nhiều chùm ánh sáng gặp nhau và chồng lên nhau sẽ xuất hiện những vạch sáng hoặc vạch tối xen kẽ hoặc là tăng cường với nhau hoặc là triệt tiêu lẫn nhau.
Giao thoa là gì? Giao thoa là một hiện tượng Vật Lý chỉ hiện tượng chồng chập của 2 hoặc nhiều nguồn sóng khác nhau tạo thành một nguồn sóng mới. Giao thoa cũng chính là đặc tính tiêu biểu của tính chất sóng.
Hiện tượng giao thoa ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng. Điều này đã được tìm hiểu và phân tích được kết quả thông qua các thí nghiệm giao thoa ánh sáng:
- Thí nghiệm giao thoa ánh sáng trắng:
Trong quá trình làm thí nghiệm với ánh sáng trắng ta sẽ thu được nhiều hệ vân đơn sắc khác nhau. Nếu quan sát kĩ ở vị trí chính giữa bạn sẽ thấy tại đó có rất nhiều các vân sáng đơn sắc trùng nhau, từ đó tạo thành vân sáng trắng. Trong thí nghiệm này bạn sẽ thấy khoảng cách của các vân ánh sáng màu đỏ là lớn nhất còn khoảng cách giữa vân ánh sáng màu tím là nhỏ nhất.
Từ đó bạn sẽ thấy ở hai bên sẽ xuất hiện những dải màu giống như màu cầu vồng, màu tím ở ở vị trí giữa còn màu đỏ thì nằm ở vị trí ngoài.
- Thí nghiệm giao thoa ánh sáng đơn sắc:
Ở vị trí mà hai sóng ánh sáng này gặp nhau cùng pha, nguồn ánh sáng này sẽ được tăng cường lẫn nhau từ đó tạo thành vân sáng. Ngược lại, ở vị trí mà hai sóng ánh áng gặp nhau ngược pha, nguồn ánh sáng tỏa ra sẽ triệt tiêu lẫn nhau và tạo thành những vân tối.
=> Như vậy, khi hai chùm ánh sáng gặp nhau sẽ có hiện tượng giao thoa ánh sáng. Những chỗ mà 2 sóng cùng pha với nhau gặp nhau sẽ tăng cường và tạo thành những vân sáng. Ngược lại, những chỗ mà 2 sóng ngược pha với nhau khi gặp nhau chúng sẽ triệt tiêu lẫn nhau và tạo thành những mảng vân tối. Hiện tượng nhiễu xạ và giao thoa ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng.
Điều kiện giao thoa của hai sóng ánh sáng là gì?
Nhiều người thường có chung câu hỏi điều kiệnhiện tượng giao thoa ánh sáng là gì hay giao thoa ánh sáng chỉ xuất hiện trong điều kiện như thế nào? Điều kiện cần và có để tạo nên sự giao thoa như sau:
Hai nguồn S1, S2 phải là hai nguồn kết hợp:
- có cùng tần số f
- Hiệu số pha dao động của hai nguồn phải không đổi theo thời gian
Các công thức giao thoa ánh sáng
Giao thoa ánh sáng thường được xác định bằng công thức Y-âng. Trong Y-âng có rất nhiều các công thức khác nhau để bạn có thể xác định được khoảng vân, vị trí các vân sáng, vân tối, nhiễu xạ ánh sáng hay bề rộng quang phổ…. Nếu như bạn đang không biết công thức giao thoa ánh sáng thì hãy tham khảo những công thức cơ bản dưới đây:
Công thức tính khoảng vân:
Khoảng vân: là khoảng cách giữa hai vân sáng hoặc hai vân tối gần nhau, liên tiếp nhau.
Trong công thức trên:
- a = S1S2: là khoảng cách giữa hai khe hẹp
- D = IO: là khoảng cách từ màn chứa hai khe ánh sáng đến màn ảnh
- λ là: bước sóng của ánh sáng đơn sắc trong quá trình làm thí nghiệm.
Thông qua các thí nghiệm của hiện tượng giao thoa ánh sáng ta sẽ thu được kết quả như bảng dưới đây:
Trong các vùng có thể nhìn thấy ánh áng với bước sóng trong khoảng 380nm đến 750nm, mỗi ánh sáng đơn sắc sẽ có bước sóng xác định ứng với một màu đơn sắc nhất định. Ví dụ, theo như bảng thông kê ở trên thì:
- Ánh sáng có bước sóng từ 380mm – 420mm sẽ có màu tím.
- Ánh sáng có bước sóng từ 420mm – 450mm sẽ có màu chàm.
- Ánh sáng có bước sóng từ 450mm – 490mm sẽ có màu lam.
- Ánh sáng có bước sóng từ 490mm – 570mm sẽ có màu lục.
- Ánh sáng có bước sóng từ 570mm – 590mm sẽ có màu vàng.
- Ánh sáng có bước sóng từ 590mm – 630mm sẽ có màu cam.
- Ánh sáng có bước sóng từ 630mm – 750mm sẽ có màu đỏ.
Công thức xác định vị trí các vân sáng và vân tối
Xác định vị trí vân sáng
- k = 0: vân sáng trung tâm, xSO = 0
- k = ±1: vân sáng bậc 1, xS1 = ± i
- k = ±2: vân sáng bậc 2, xS2 = ± 2i,..
k là vật giao thoa của vân sáng. Khi k=0 thì Xs=0. Lúc này tại điểm trung tâm sẽ xuất hiện vân sáng, ta gọi vân sáng này là vân sáng chính giữa hoặc vân sáng trung tâm. Từ vị trí vân trung tâm này sẽ chia thành 2 phía.
Xác định vị trí vân tối
- k = 0; -1: vân tối thứ nhất, xt1 = ± 0,5i
- k = 1, -2: vân tối thứ hai, xt2 = ± 1,5i
- k = 2, -3: vân tối thứ ba, xt3 = ± 2,5i,…
Công thứ tính bề rộng quang phổ
- k = 1: bề rộng quang phổ bậc 1→Δx1 = (iđ -it)
- k = 2: bề rộng quang phổ bậc 2→ Δx2 = 2Δx1
- k = 3: bề rộng quang phổ bậc 3,..→ Δx3 = 3Δx1
Bề rộng quang phổ là khoảng cách giữa vân ánh sáng tím đến ánh sáng đỏ trong điều kiện các vân này nằm cùng bậc và cùng một bên so với vân sánh sáng trung tâm.
Như vậy, thông qua các công thức trên bạn không chỉ tìm hiểu được hiện tượng giao thoa ánh sáng là gì mà còn có thể xác định được khoảng vân cũng như vị trí vân sáng, vân tối một cách dễ dàng.
Ứng dụng của hiện tượng giao thoa ánh sáng
Như đã nói ở trên, giao thoa ánh sáng là một hiện tượng thường gặp trong đời sống hàng ngày mà có thể bạn đã từng nhìn thấy rất nhiều nhưng không nhận ra. Chính vì vậy trong bài viết hôm nay chúng mình sẽ cùng bạn đi tìm hiểu về một vài ứng dụng thường gặp của hiện tượng giao thoa ánh sáng này nhé!
- Đèn pin chiếu sáng lên tường tạo thành vệt sáng, đây có phải hiện tượng giao thoa ánh sáng không?
Không. Vệt sáng trên tường sau khi chiếu ánh sáng từ đèn pin siêu sáng tạo ra không phải là hiện tượng giao thoa ánh sáng bởi chúng không tạo thành những mảng màu sáng tối khác nhau. Hơn nữa đây chỉ là 1 nguồn sáng nhất định, ánh sáng này là 1 chùm tia sáng song song nên không phải là hiện tượng giao thoa.
- Hiện tượng cầu vồng xuất hiện sau mưa
Có thể nhiều người không biết nhưng cầu vồng chính là một hiện tượng phổ biến nhất cho sự giao thoa ánh sáng. Như chúng ta đã biết, ánh sáng của mặt trời là ánh sáng trắng và là sự tổng hợp của tất cả các ánh sáng đơn sắc trong vùng nhìn thấy. Do vậy mà cầu vồng chính là hiện tượng tán sắc của các ánh sáng tráng của Mặt Trời khi gặp khúc xạ thì phản xạ qua những giọt nước mưa. Chính vì vậy mà sau mưa mà xuất hiện nắng thì sẽ có hiện tượng cầu vồng.
- Lớp váng dầu mỡ trên mặt nước
Khi ánh sáng của mặt trời chiếu vào lớp dầu mỡ sẽ xuất hiện một sóng phản xạ ở ngay bề mặt của lớp váng này. Một sóng ánh sáng sau khi khúc xạ vào bên trong lớp váng ngay lập tức sẽ bị phản xạ ở mặt dưới rồi trở lại mặt trên. Hai sóng này gặp nhau ở bề mặt bên trên và giao thoa với nhau. Hơn nữa, ánh sáng trắng của mặt trời có nhiều ánh sáng đơn sắc có bước sóng và tần số khác nhau nên vân sáng của ánh sáng đơn sắc không trùng với nhau mà ngược lại sẽ cho những quảng phổ có màu sắc sực sỡ.
Một số khái niệm khác
Bên cạnh việc tìm hiểu xem hiện tượng giao thoa ánh sáng là gì thì bạn cũng nên tìm hiểu thêm một vài những khái niệm cơ bản dưới đây để có thể biết thêm những thông tin bổ ích khác.
- Ánh sáng là gì?
Ánh sáng là một thuật ngữ trong Vật Lý thường dùng để chỉ các bức xạ điện từ có bước sóng của ánh sáng nằm trong vùng quang phổ có thể nhìn thấy được bằng mắt thường của con người.
- Nguồn sáng là gì?
Nguồn sáng là những vật tự phát ra ánh sáng. Có 2 loại nguồn sáng phổ biến hiện nay là nguồn sáng nóng và nguồn sáng lạnh. Nguồn sáng nóng là những ánh sáng được sản sinh ra nhờ nhiệt năng (bóng đèn sợi đốt). Nguồn sáng lạnh là được sản sinh ra từ điện năng, cơ năng, hóa năng, sinh học… (con đom đóm, sứa biển, bóng đèn led…)
- Tia sáng là gì?
Tia sáng là đường truyền của ánh sáng bằng một đường thẳng có hướng.
- Chùm sáng là gì?
Chùm sáng bao gồm nhiều tia sáng không giao nhau hoặc có giao nhau, loe rộng trên đường truyền ánh sáng. Có 3 loại chùm sáng phổ biến chính là: chùm sáng song song (gồm các tia sáng không giao nhau), chùm sáng hội tụ (gồm các tia sáng giao nhau trên đường truyền) và chùm sáng phân kỳ (gồm các tia sáng loe rộng ra trên đường truyền).
Trên đây là những kiến thức về giao thoa ánh sáng cũng như tổng hợp các công thức cơ bản và ứng dụng của giao thoa ánh sáng trong đời sống thực tế. Hy vọng với những thông tin mà bài viết cung cấp ở bên trên sẽ giúp bạn có thể tìm tìm được đáp án cho câu hỏi hiện tượng giao thoa ánh sáng là gì nhé!
