Đề tài Giải thích định tính các hiện tượng Quang học

PHẦN I: MỞ ĐẦU 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 I S i i’ R N - Đường đi của ánh sáng không đổi khi đảo ngược chiều truyền ánh sáng. + Định luật phản xạ ánh sáng - Tia phản xạ nằm trong mặt phẳng tới và ở phía bên kia pháp tuyến so với tia tới. - Góc phản xạ bằng góc tới (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 r K N S I i (sin i) với sin của góc khúc xạ (sin r) luôn luôn là mọt số không đổi. Số không đổi này phụ thuộc vào bản chất của hai môi trường và được gọi 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). Kí hiệu n 21 = n 21 + Hiện tượng phản xạ toàn phần - Khi ánh sáng truyền từ mặt phân cách của môi trường chiếc quang hơn (n1) sang môi trường chiếc quang kém (n2) thì góc khúc xạ r lớn hơn góc tới i. - Góc khúc xạ lớn nhất bằng 900; 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 CV, mắt không cần điều tiết. Còn khi nhìn vật đặt ở điểm cực cận CC 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 a của một vật (hoặc ảnh) AB đặt thẳng góc với trục nhìn của mắt O là a = góc AOB với tga = . - Năng suất phân li của mắt bình thường: a » 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: a là góc trông ảnh của một vật qua dụng cụ, a0 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 l 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 l 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 l 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 a, gọi là năng suất phân ly của mắt. Đối với người bình thường trong phòng sáng vừa phải, a có trị số chừng 1 phút, tức là chừng 3/10000rad. Mắt có a đúng bằng 1 phút, thì có thị lực 10, thị lực 9 ứng với a = 2’, thị lực 8 ứng với a = 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