Lăng Kính – Wikipedia Tiếng Việt

Lăng kính là một dụng cụ quang học, sử dụng để khúc xạ, phản xạ và tán xạ ánh sáng sang các màu quang phổ (như màu sắc của cầu vồng). Lăng kính thường được làm theo dạng kim tự tháp đứng, có đáy là hình tam giác.

Tia sáng đi từ một môi trường (như môi trường không khí) sang một môi trường khác (như thủy tinh trong lăng kính), nó sẽ bị chậm lại, và giống như kết quả, nó sẽ hoặc bị cong (khúc xạ) hoặc bị phản xạ hoặc đồng thời xảy ra cả hai hiện tượng trên. Góc mà tia sáng hợp với trục thẳng góc tại điểm mà tia sáng đi vào trong lăng kính được gọi là góc tới, và góc tạo ra ở đầu bên kia, qua quá trình khúc xạ được gọi là góc ló. Tương tự, tia sáng đi vào trong lăng kính được gọi là tia tới và tia sáng đi ra ngoài lăng kính được gọi là tia ló.

Các lăng kính phản xạ được sử dụng để phản xạ ánh sáng, ví dụ như các ống nhòm, vì, nhờ hiện tượng phản xạ toàn phần, chúng dễ dàng được sử dụng hơn là các gương. Các lăng kính tán sắc được sử dụng để chia ánh sáng thành các thành phần quang phổ màu, bởi vì độ khúc xạ của chúng phụ thuộc vào bước sóng của tia sáng (hiện tượng tán sắc); khi một tia sáng trắng đi vào trong lăng kính, nó có một góc tới xác định, trải qua quá trình khúc xạ, và phản xạ bên trong lăng kính, dẫn đến việc tia sáng bị bẻ cong, hay gập khúc, và vì vậy, màu sắc của tia sáng ló sẽ khác nhau. Ánh sáng màu xanh có bước sóng nhỏ hơn ánh sáng màu đỏ và vì vậy nó cong hơn so với ánh sáng màu đỏ. Cũng có loại lăng kính phân cực, nó có thể chia ánh sáng thành các thành phần phân cực khác nhau.

Isaac Newton là người đầu tiên cho rằng các lăng kính có thể chia ánh sáng ra các màu từ ánh sáng trắng. Newton đã đặt một lăng kính thứ hai, nơi mà các ánh sáng sau khi tán sắc sẽ đi vào trong nó, và tìm thấy rằng, các màu sắc không hề thay đổi. Ông ấy kết luận các lăng kính phân chia các màu sắc. Ông còn sử dụng một thấu kính, giống như một lăng kính thứ hai để tạo ra cầu vồng từ ánh sáng trắng.

Các loại lăng kính

[sửa | sửa mã nguồn]

Lăng kính tán xạ

[sửa | sửa mã nguồn]

Lăng kính tán xạ được dùng để phân tách ánh sáng đa sắc thành những tia sáng đơn sắc, phụ thuộc vào tần sô của ánh sáng chiếu vào nó. Các loại lăng kính tán xạ:

• Lăng kính tam giác
• Lăng kính Abbe
• Lăng kính Pellin-Broca
• Lăng kính Amici

Lăng kính phản xạ

[sửa | sửa mã nguồn]

Lăng kính phản xạ được dùng để phản xạ ánh sáng, dùng trong máy ảnh và ống nhòm.

• Lăng kính ngũ giác (lăng kính năm mặt)
• Lăng kính Porro
• Lăng kính Porro-Abbe
• Lăng kính Abbe-Koenig
• Lăng kính Schmidt-Pechan
• Lăng kính Dove
• Lăng kính Dichroic
• Lăng kính Amici roof

Lăng kính phân cực

[sửa | sửa mã nguồn]

Lăng kính phân cực có thể chia chùm sáng thành phần khác nhau. Chúng thường được chế tạo từ vật liệu phân cực.

• Lăng kính Nicol
• Lăng kính Wollaston
• Lăng kính Rochon
• Lăng kính Glan-Foucault
• Lăng kính Glan-Taylor
• Lăng kính Glan-Thompson

Các công thức

[sửa | sửa mã nguồn]

Trường hợp tổng quát

[sửa | sửa mã nguồn]

Khi một tia sáng đi vào trong một lăng kính, tại điểm tới I, nó sẽ tạo ra góc tới với phương pháp tuyến (đường thẳng vuông góc với mặt phẳng của lăng kính tại điểm tới I), gọi là i 1 {\displaystyle i_{1}} , một phần của ánh sáng sẽ phản xạ, phần còn lại đi vào trong lăng kính, được gọi là hiện tượng khúc xạ. Tia sáng sẽ bị gập khúc, hoặc khuỳnh ra tùy theo môi trường của lăng kính, vì thế nó sẽ tạo ra một góc lệch, gọi là r 1 {\displaystyle r_{1}} . Ánh sáng tiếp tục đi đến mặt lăng kinh bên kia, quá trình phản xạ và khúc xạ lại diễn ra tương tự, với môi trường ngược lại. Kết quả, nó sẽ tạo ra góc lệch r 2 {\displaystyle r_{2}} và góc ló i 2 {\displaystyle i_{2}} . Công thức tổng quát đó là:

• sin ⁡ ( i 1 ) = n sin ⁡ ( r 1 ) {\displaystyle \sin(i_{1})=n\sin(r_{1})}
• sin ⁡ ( i 2 ) = n sin ⁡ ( r 2 ) {\displaystyle \sin(i_{2})=n\sin(r_{2})}
• A ^ = r 1 + r 2 {\displaystyle {\hat {A}}=r_{1}+r_{2}}
• Góc lệch: D ^ = i 1 + i 2 − A ^ {\displaystyle {\hat {D}}=i_{1}+i_{2}-{\hat {A}}}

Với n là chiết suất lăng kính đối với mặt ngoài.

Trường hợp góc nhỏ

[sửa | sửa mã nguồn]

Khi góc A ^ {\displaystyle {\hat {A}}} và i 1 {\displaystyle i_{1}} đều nhỏ (ở đây nhỏ ý chỉ khoảng ≪ 10 độ), thì mọi góc khác r 1 , r 2 , i 2 , D ^ {\displaystyle r_{1},r_{2},i_{2},{\hat {D}}} cũng nhỏ, vì thế ta có:

• i 1 = n r 1 {\displaystyle i_{1}=nr_{1}}
• i 2 = n r 2 {\displaystyle i_{2}=nr_{2}}
• A ^ = r 1 + r 2 {\displaystyle {\hat {A}}=r_{1}+r_{2}}
• D ^ = A ^ ( n − 1 ) {\displaystyle {\hat {D}}={\hat {A}}(n-1)}

Chiều lệch của tia sáng

[sửa | sửa mã nguồn]

• n > 1 {\displaystyle n>1} : Lệch về đáy lăng kính, trường hợp này thường diễn ra.
• n < 1 {\displaystyle n<1} : Lệch về đỉnh lăng kính, trường hợp này ít gặp

Độ lệch cực tiểu

[sửa | sửa mã nguồn]

Điều kiện: i 1 = i 2 ⇔ D min ^ {\displaystyle i_{1}=i_{2}\Leftrightarrow {\hat {D_{\text{min}}}}}

Khi ấy: A ^ = 2 r 1 {\displaystyle {\hat {A}}=2r_{1}} và D min ^ = 2 i 1 − A ^ {\displaystyle {\hat {D_{\text{min}}}}=2i_{1}-{\hat {A}}}

Và chiết suất được tính theo công thức: n = sin ⁡ ( D min + A 2 ) sin ⁡ A 2 {\displaystyle n={\frac {\sin({\frac {D_{\text{min}}+A}{2}})}{\sin {\frac {A}{2}}}}}

Điều kiện có tia ló

[sửa | sửa mã nguồn]

• i 1 ≤ i o {\displaystyle i_{1}\leq i_{o}} với sin ⁡ i 0 = n sin ⁡ ( A − i ′ ) {\displaystyle \sin i_{0}=n\sin(A-i')}
• Chỉ tính được i 0 {\displaystyle i_{0}} nếu A ^ ≥ 2 i ′ {\displaystyle {\hat {A}}\geq 2i'}

Khi A ^ < 2 i ′ {\displaystyle {\hat {A}}<2i'} thì mặt thứ hai của lăng kính luôn luôn phản xạ.

Ảnh cho bởi lăng kính

[sửa | sửa mã nguồn]

Chỉ có ảnh rõ nét nếu:

• Chùm tia tới là một chùm nhỏ đến gần đỉnh
• Góc tới trung bình của chùm tới ứng với độ lệch cực tiểu
• Ảnh và vật cách đều A và hợp với A góc D min {\displaystyle D_{\text{min}}}

Các bài toán về lăng kính

[sửa | sửa mã nguồn]

• Vẽ đường đi của tia sáng
• Trường hợp có góc D cực tiểu
• Lăng kính kết hợp với một quang cụ khác
• Lăng kính tiếp xúc với nhiều môi trường khác nhau

Thư viện ảnh

[sửa | sửa mã nguồn]

• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 

Wikimedia Commons có thêm hình ảnh và phương tiện truyền tải về Lăng kính.

x t s Quang học
Hiện tượng quang học	Sự truyền thẳng của ánh sáng Phản xạ ánh sáng Khúc xạ ánh sáng Phản xạ toàn phần Hiện tượng ảo ảnh Giao thoa ánh sáng Giao thoa bản mỏng Nhiễu xạ ánh sáng Nhiễu xạ qua một khe Nhiễu xạ qua một lỗ tròn Nhiễu xạ qua hai khe Nhiễu xạ qua nhiều khe Nhiễu xạ tia X Hiện tượng phân cực ánh sáng Phân cực vì phản xạ Phân cực vì lưỡng chiết Hiện tượng hấp thụ ánh sáng Hiện tượng tán xạ ánh sáng Quang sai Cầu sai dọc Côma Loạn thị Sự cong trường Méo ảnh Sắc sai
Dụng cụ và thiết bị quang học	Gương Gương phẳng Gương cầu lồi Gương cầu lõm Thấu kính Thấu kính hội tụ Thấu kính phân kì Lưỡng chất phẳng Bản mặt song song Lăng kính Mặt cầu khúc xạ Mắt Kính lúp Kính hiển vi Kính thiên văn khúc xạ Sợi quang Giao thoa kế Giao thoa kế Michelson Giao thoa kế Fabry-Perot Giao thoa kế Rayleigh Cách tử
Các khái niệm cơ bản	Ảnh Tia sáng Quang cụ
Các đại lượng trắc quang	Dòng quang năng Hàm thị kiến Quang thông Cường độ của nguồn Cường độ sáng của nguồn Độ trưng năng lượng Độ trưng sáng Độ chói năng lượng Độ chói sáng Độ rọi năng lượng Độ rọi sáng Độ rọi của ảnh
Các thí nghiệm	Thí nghiệm Young Thí nghiệm gương Fresnel Thí nghiệm lưỡng lăng kính Fresnel Thí nghiệm Bán thấu kính Billet Thí nghiệm gương Loyd Thí nghiệm Compton
Các ngành nhỏ của Quang học	Quang hình học Quang sóng Quang lượng tử

Tham khảo

[sửa | sửa mã nguồn]