Chiết suất là gì?
Chiết suất (hay chỉ số khúc xạ), ký hiệu là n, là một đại lượng không có đơn vị, cho biết ánh sáng truyền qua một môi trường nhanh hay chậm so với khi truyền trong chân không. Nó được định nghĩa là tỉ số giữa tốc độ ánh sáng trong chân không (\(c \approx 299{.}792{.}458\) m/s) và tốc độ ánh sáng trong môi trường đó (\(v\)). Vì ánh sáng luôn chậm lại khi đi vào vật chất, nên n luôn lớn hơn hoặc bằng 1. Một số giá trị quen thuộc: không khí khoảng 1,0003; nước 1,33; và thủy tinh thông thường khoảng 1,5.
Cách sử dụng máy tính
Bạn nhập tốc độ ánh sáng bên trong môi trường (đơn vị mét trên giây) và tốc độ ánh sáng trong chân không. Giá trị chân không được mặc định là 299.792.458 m/s, nhưng bạn có thể thay đổi nếu muốn dùng con số làm tròn như \(3 \times 10^8\). Máy tính sẽ lấy c chia cho v và trả về chiết suất ngay lập tức.
Giải thích công thức
Công thức nền tảng là
$$n = \frac{\text{Speed in Vacuum (m/s)}}{\text{Speed in Medium (m/s)}}$$Trong đó c là tốc độ ánh sáng phổ quát trong chân không, còn v là tốc độ pha (chậm hơn) bên trong vật liệu. Chiết suất càng lớn nghĩa là ánh sáng càng chậm lại nhiều và bị bẻ cong càng mạnh tại bề mặt, đúng như định luật Snell mô tả.
Ví dụ minh họa
Giả sử ánh sáng truyền trong một môi trường với tốc độ \(v = 225{.}000{.}000\) m/s, trong khi tốc độ trong chân không là \(c = 299{.}792{.}458\) m/s. Khi đó
$$n = \frac{299{.}792{.}458}{225{.}000{.}000} \approx 1{,}3324$$Giá trị này khá gần với chiết suất của nước, nghĩa là vật liệu đó sẽ làm ánh sáng chậm lại và bị bẻ cong gần giống như nước.
Câu hỏi thường gặp
Chiết suất có thể nhỏ hơn 1 không? Đối với tốc độ pha trong một số vật liệu nhất định (chẳng hạn tia X trong vài môi trường), chiết suất có thể nhỏ hơn 1 một chút. Nhưng với ánh sáng nhìn thấy trong các vật liệu thông thường, n luôn ≥ 1.
Chiết suất có phải là hằng số không? Không. Nó thay đổi nhẹ theo bước sóng ánh sáng, hiện tượng này gọi là tán sắc, và đó cũng là lý do lăng kính tách được ánh sáng trắng thành các màu sắc khác nhau.
Nên dùng đơn vị nào? Hãy dùng cùng một đơn vị cho cả hai tốc độ (thường là m/s). Vì n là một tỉ số, đơn vị sẽ triệt tiêu lẫn nhau và kết quả là một số không có đơn vị.
