Sóng ánh sáng - bước sóng ánh sáng - tán sắc (2025)

Bài chia sẻ dưới đây của Mecsu sẽ giúp anh em có được những thông tin chính xác và đầy đủ nhất về sóng ánh sáng, bước sóng ánh sáng và tán sắc.

1. Khái niệm sóng ánh sáng là gì?

Sóng được hiểu đơn giản là một loại dao động lan truyền trong một môi trường cụ thể nào đó (hoặc trong chân không đối với sóng điện từ).

Sóng ánh sáng là loại sóng mà chúng ta thường xuyên tiếp cận và có ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống, hoạt động sản xuất. Về bản chất, ánh sáng là một loại sóng điện từ.

→ Bước sóng ánh sáng là gì?

Bước sóng (wavelength) là khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm trên phương truyền sóng mà dao động tại hai điểm đó cùng pha. Hoặc hiểu theo cách khác, nó là quãng đường mà sóng truyền đi được trong một chu kỳ dao động.

Đối với sóng hình sin, bước sóng là khoảng cách giữa hai đỉnh sóng (hoặc hai điểm cực tiểu) liên tiếp.

Khi bức xạ điện từ có bước sóng nằm trong một phạm vi nhất định thì mắt người có thể nhìn thấy được, vùng này gọi là ánh sáng khả kiến (visible light).

Ánh sáng nhìn thấy được chỉ bao gồm một phần rất nhỏ thuộc toàn bộ quang phổ bức xạ điện từ, nhưng đây là vùng tần số duy nhất mà các tế bào hình nón và hình que trong mắt người có thể phản ứng được.

Mắt người có khả năng nhìn thấy được bức xạ điện từ có bước sóng nằm trong khoảng từ 380 nanomet (nm) đến 760 nm (tương đương dải tần số trong khoảng 400-790 THz).

Chúng ta có thể quan sát và phản ứng lại trước sự kích thích từ ánh sáng nhờ mắt người có những đầu dây thần kinh đặc biệt nhạy với vùng tần số này.

→ Tán sắc ánh sáng là gì?

Tán sắc ánh sáng là hiện tượng phân tách một chùm ánh sáng trắng phức tạp thành các chùm ánh sáng đơn sắc có màu sắc khác nhau. Ở điều kiện bình thường, hiện tượng tán sắc ánh sáng dễ quan sát nhất là khi chiếu một chùm ánh sáng trắng hẹp đi qua một lăng kính thủy tinh.

• Ánh sáng đơn sắc

  Là ánh sáng có một màu nhất định và không bị tán sắc khi đi qua lăng kính. Ở mỗi môi trường truyền xác định, ánh sáng đơn sắc có một tần số và bước sóng hoàn toàn xác định.

  

  Ánh sáng đơn sắc khi truyền qua các môi trường trong suốt khác nhau thì tần số không đổi, nhưng vận tốc truyền ánh sáng thay đổi, dẫn đến bước sóng cũng thay đổi theo (vì λ = v/f).

• Ánh sáng trắng

  Ánh sáng trắng (như ánh sáng Mặt Trời) là sự tổng hợp của vô số ánh sáng đơn sắc khác nhau có màu sắc biến thiên liên tục từ đỏ đến tím.

  

  Nguyên nhân gây ra hiện tượng tán sắc là do chiết suất của các chất trong suốt (như thủy tinh, nước) đối với ánh sáng có màu sắc khác nhau là khác nhau. Chiết suất này tăng dần từ màu đỏ đến màu tím (n_đỏ < n_cam < ... < n_tím). Do đó, khi đi qua lăng kính, ánh sáng tím bị lệch nhiều nhất, ánh sáng đỏ bị lệch ít nhất.

  Quang phổ của ánh sáng trắng là một dải màu liên tục từ đỏ đến tím, giống như màu của cầu vồng (đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím).

→ Nhiễu xạ và giao thoa sóng ánh sáng

Nhiễu xạ ánh sáng là hiện tượng ánh sáng truyền sai lệch so với sự truyền thẳng khi đi gần các mép vật cản hoặc đi qua các lỗ nhỏ có kích thước tương đương bước sóng. Hiện tượng này chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng.

Giao thoa sóng ánh sáng là hiện tượng xảy ra khi hai chùm sóng ánh sáng kết hợp (cùng tần số, cùng phương dao động và có độ lệch pha không đổi theo thời gian) gặp nhau. Trong vùng gặp nhau xuất hiện những vạch sáng (vân sáng, nơi hai sóng tăng cường lẫn nhau) và những vạch tối (vân tối, nơi hai sóng triệt tiêu lẫn nhau) xen kẽ. Hiện tượng giao thoa là bằng chứng rõ rệt nhất khẳng định ánh sáng có tính chất sóng.

2. Công thức tính bước sóng ánh sáng

Bước sóng ánh sáng được ký hiệu: λ (đọc là lam-đa). Công thức tính bước sóng nói chung như sau:

Trong đó:

• λ: Bước sóng (đơn vị đo độ dài, thường là mét - m, hoặc nanomet - nm đối với ánh sáng)
• v: Tốc độ lan truyền sóng trong môi trường (m/s)
• T: Chu kỳ sóng (s), là thời gian để thực hiện một dao động toàn phần.
• f: Tần số sóng (Hz), là số dao động thực hiện trong một giây (f = 1/T).

Lưu ý: Trong chân không, tốc độ lan truyền của mọi sóng điện từ (bao gồm ánh sáng) đều bằng c ≈ 3 x 10⁸ m/s. Khi ánh sáng truyền vào một môi trường có chiết suất n, tốc độ của nó giảm xuống còn v = c/n.

3. Ứng dụng của hiện tượng tán sắc ánh sáng

Hiện tượng tán sắc ánh sáng có nhiều ứng dụng và giải thích được nhiều hiện tượng trong cuộc sống:

• Giải thích hiện tượng cầu vồng: Cầu vồng xuất hiện sau cơn mưa là do ánh sáng Mặt Trời bị tán sắc (khúc xạ và phản xạ) qua các giọt nước mưa còn lơ lửng trong không khí.
• Ứng dụng trong máy quang phổ lăng kính: Đây là bộ phận quan trọng nhất của máy quang phổ, có nhiệm vụ phân tích chùm sáng phức tạp do các vật phát ra thành các thành phần đơn sắc khác nhau, giúp nghiên cứu thành phần cấu tạo và tính chất của nguồn sáng.
• Giải thích hiện tượng sắc sai của thấu kính: Tán sắc ánh sáng là nguyên nhân làm cho ảnh của một vật tạo bởi thấu kính (khi chiếu bằng ánh sáng trắng) bị nhòe, có viền màu sắc sặc sỡ, đặc biệt là ở rìa ảnh. Hiện tượng này gọi là sắc sai.

Mời anh em xem thêm nhé

•  Sóng điện từ là gì? Đặc điểm & phân loại bước sóng
•  Sóng RF (Radio Frequency): Ứng dụng & phân loại sóng
•  Sóng siêu âm là gì? Nguyên lý & ứng dụng sóng

Mong rằng qua bài chia sẻ ở trên của Mecsu sẽ giúp anh em có được câu trả lời về sóng ánh sáng, bước sóng ánh sáng và tán sắc. Nếu anh em còn thắc mắc và cần hỗ trợ hãy liên hệ với Mecsu tại địa chỉ mecsu.vn nhé.