Định luật nghịch đảo bình phương của ánh sáng là gì?
Định luật nghịch đảo bình phương cho biết cường độ ánh sáng (độ rọi) phát ra từ một nguồn điểm tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách tính từ nguồn đó. Khi bạn tăng khoảng cách lên gấp đôi, ánh sáng trải ra trên một diện tích lớn gấp bốn lần, nên cường độ chỉ còn lại một phần tư. Đây là một nguyên lý vật lý phổ quát, áp dụng cho chiếu sáng trong nhiếp ảnh, dàn đèn sân khấu và phòng thu, tấm pin mặt trời, bức xạ và cả âm thanh.
Cách sử dụng máy tính này
Nhập cường độ ánh sáng đã biết E₁ (đơn vị lux) đo được tại khoảng cách d₁ (đơn vị mét), sau đó nhập khoảng cách mới d₂ nơi bạn muốn biết cường độ. Máy tính sẽ ngay lập tức trả về E₂ — cường độ ánh sáng tại khoảng cách mới — dựa trên định luật nghịch đảo bình phương.
Giải thích công thức
Mối quan hệ được biểu diễn bằng
$$E_2 = \text{E}_1\ (\text{lux}) \times \left(\frac{\text{d}_1\ (\text{m})}{\text{d}_2\ (\text{m})}\right)^{2}$$Trong đó E₁ là cường độ ban đầu, d₁ là khoảng cách ban đầu, còn d₂ là khoảng cách mới. Vì số hạng khoảng cách được bình phương nên chỉ một thay đổi nhỏ về khoảng cách cũng kéo theo thay đổi rất lớn về cường độ. Nếu bạn đưa nguồn sáng ra xa gấp ba lần, độ sáng sẽ chỉ còn một phần chín.
Ví dụ minh họa
Giả sử một bóng đèn cho cường độ 1000 lux ở khoảng cách 1 mét. Vậy cường độ tại 2 mét là bao nhiêu?
$$E_2 = 1000 \times \left(\frac{1}{2}\right)^{2} = 1000 \times 0{,}25 = 250\ \text{lux}$$Cường độ chỉ còn một phần tư so với ban đầu, đúng như định luật dự đoán.
Câu hỏi thường gặp
Công thức này có dùng được cho mọi đơn vị cường độ không? Có — miễn là E₁ và kết quả dùng cùng một đơn vị (lux, W/m², hay các giá trị dựa trên candela), thì tỉ số là vô thứ nguyên.
Tại sao khoảng cách lại được bình phương? Ánh sáng từ nguồn điểm lan ra trên bề mặt của một mặt cầu đang nở rộng, mà diện tích mặt cầu tăng theo bình phương bán kính, nên cường độ trên mỗi đơn vị diện tích giảm theo bình phương.
Định luật này có áp dụng cho laser hay các tấm đèn lớn không? Định luật chỉ chính xác tuyệt đối với nguồn điểm. Với chùm laser định hướng hoặc các tấm đèn có kích thước lớn, mức suy giảm gần nguồn sẽ nhẹ hơn, nhưng càng ra xa thì nó càng tiệm cận với quy luật nghịch đảo bình phương.
