“Trong một môi trường trong suốt, đồng đều, ánh sáng truyền đi theo đường thẳng”: Rất ngắn gọn, rất xúc tích, đó là nội dung của định luật truyền thẳng ánh sáng.

Sự truyền thẳng của ánh sáng có rất nhiều ứng dụng trong đời sống và kĩ thuật. Chẳng hạn, dựa vào sự truyền thẳng của ánh sáng, người ta chế tạo những chiếc thước ngắm để xác định các điểm nằm trên một đường thẳng trong không gian; Khi các em học sinh đứng thẳng hàng, bạn tổ trưởng đứng đầu hàng (cho dù là học sinh lớp 1 hay 12) cũng “biết dùng” định luật truyền thẳng của ánh sáng để kiểm tra xem hàng đã thẳng chưa bằng cách … “ngắm”.

Ngoài ra ta có thể vận dụng đặc điểm về sự truyền thẳng của ánh sáng để giải thích nhiều hiện tượng lí thú khác trong tự nhiên.

Hãy bắt đầu từ “bóng tối” và “bóng nửa tối” …

Bóng tối là gì ? Đặt một nguồn sáng nhỏ S (như bóng đèn, ngọn nến) trước một màn chắn (có thể là bức tường chẳng hạn), trong khoảng từ nguồn sáng đến màn chắn đặt một vật cản ánh sáng (như tấm bìa cứng), quan sát trên màn chắn ta thấy có một phần không nhận được ánh sáng từ nguồn sáng chiếu tới phần đó gọi là bóng tối .

Bóng nửa tối là gì? Nếu nguồn sáng là rộng như ngọn lửa chẳng hạn, quan sát trên màn chắn ta thấy ngoài là bóng tối còn có một phần không tối hoàn toàn bao xung quanh, phần này chỉ nhận được ánh sáng từ một phần của nguồn sáng chiếu tới gọi là bóng nửa tối.

Lấy một ví dụ nhé: Vào ban đêm, trong phòng chỉ có một ngọn đèn dầu. Khi ta đứng gần tường, bóng của ta in rõ nét trên tường, nhưng khi tiến lại gần đèn thì bóng của ta trên tường ngày càng kém rõ nét hơn.

Vì sao như vậy nhỉ? Bay giờ thì bạn tự giải thích được rồi: Khi đứng gần tường (xa đèn) xuất hiện vùng bóng tối và bóng nửa tối. Do khoảng cách giữa người và tường nhỏ hơn nhiều so với khoảng cách giữa người và đèn nên bóng nửa tối bị thu hẹp, ta thấy vùng bóng tối rõ nét. Khi đứng gần đèn, vùng bóng nửa tối được nới rộng thêm nên vùng bóng tối lại kém rõ nét. Vậy thôi!

Trên hình bên là nghệ thuật tạo bóng bàn tay.

… Cùng định luật đi vào cuộc sống

Từ đồng ruộng …

Trên một thửa ruộng người ta cắm 3 cái cọc thẳng đứng. Nếu trong tay không có một dụng cụ nào, làm thế nào để xác định 3 cái cọc đó có thẳng hàng hay không?

Đơn giản quá, những người nông dân vẫn thường làm mà: Nheo một mắt và nhìn bằng mắt kia trước một cọc (đầu tiên) ngắm thẳng theo hướng của 2 cái cọc còn lại, nếu 2 cọc còn lại bị cọc đầu tiên che khuất thì cả 3 cọc đã thẳng hàng. Đó là một hệ quả rút ra từ định luật truyền thẳng ánh sáng đấy!

… Đến các xưởng mộc

Còn các bác thợ mộc thì sao? Những người thợ mộc khi bào những thanh gỗ thẳng, thỉnh thoảng họ lại nâng một đầu thanh gỗ lên để ngắm. Làm như vậy có tác dụng gì ? Nguyên tắc của cách làm này đã dựa trên kiến thức vật lí nào? Bây giờ thì bạn cũng biết rồi: Người thợ mộc nâng một đầu thanh gỗ lên để ngắm nhằm mục đích kiểm tra xem mặt gỗ bào đã phẳng chưa. Nguyên tắc của cách làm này dựa trên định luật truyền thẳng của ánh sáng.

Bây giờ đi vào các lớp học và bệnh viện xem sao nhé!

Tại sao trong các lớp học, người ta lắp nhiều bóng đèn ở các vị trí khác nhau mà không dùng một bóng đèn lớn (độ sáng của một bóng đèn lớn có thể bằng độ sáng của nhiều bóng đèn nhỏ hợp lại)?

Đơn giản quá, việc lắp đặt bóng đèn thắp sáng trong các lớp học phải thỏa mãn ba yêu cầu sau: Phải đủ độ sáng cần thiết; Học sinh ngồi ở dưới không bị chói khi nhìn lên bảng đen và tránh các bóng tối và bóng nửa tối trên trang giấy mà tay học sinh viết bài có thể tạo ra. Trong ba yêu cầu trên, một bóng đèn lớn chỉ có thể thỏa mãn yêu cầu thứ nhất mà không thỏa mãn được hai yêu cầu còn lại. Trong khi đó, nếu dùng nhiều bóng đèn lắp ở những vị trí thích hợp sẽ thỏa mãn được cả ba yêu cầu. Đó chính là lý do giải thích vì sao trong lớp học người ta thường lắp nhiều bóng đèn ở các vị trí khác nhau.

Trong các phòng mổ ở bệnh viện, người ta đã làm như thế nào để khi mổ, bàn tay của Bác sĩ không che khuất vết mổ hoặc tạo bóng tối trên chỗ mổ của bệnh nhân? Bây giờ thì quá đơn giản với bạn rồi: người ta thiết kế nhiều bóng đèn ở nhiều vị trí khác nhau sẽ làm cho ánh sáng của các bóng đèn này đan chéo nhau, khi mổ cho bệnh nhân, bàn tay của Bác sĩ có thể tạo ra bóng nửa tối đối với một ngọn đèn nào đó nhưng không thể tạo bóng tối đối với tất cả các bóng đèn trong phòng. Rất an toàn đấy!

… Cùng định luật đi vào vũ trụ bao la

Nhật thực và nguyệt thực chỉ là hai hiện tượng tự nhiên gần với ta nhất mà khi giải thích, cần phải có kiến thức về sự truyền thẳng ánh sáng, bóng tối và bóng nửa tối …

Nhật thực: Mặt trời chiếu sáng Mặt trăng và Trái Đất, khi Mặt trời, Mặt trăng và Trái đất cùng nằm trên đường thẳng, Mặt trăng ở giữa thì trên Trái đất xuất hiện bóng tối và bóng nửa tối. Một số nơi trên Trái Đất sẽ quan sát thấy nhật thực.

Trong khi xảy ra hiện tượng nhật thực, chỉ có những người đứng trong vùng bóng tối của Mặt trăng trên Trái đất và những người đứng trong vùng lân cận (vùng bóng nửa tối) mới có thể quan sát được hiện tượng. Những người không đứng trong những vùng này thì không thể quan sát được hiện tượng nhật thực.

Nguyệt thực: Mặt trời chiếu sáng Mặt trăng. Đứng từ Trái đất về ban đêm ta nhìn thấy ánh sáng phản chiếu từ Mặt trăng. Khi Mặt trăng bị Trái Đất che khuất, nó không được Mặt trời chiếu sáng nữa, lúc đó ta không nhìn thấy Mặt trăng, ta nói là có nguyệt thực.

Mặt trăng quay quanh Trái đất, Trái đất lại quay quanh Mặt trời nên chỉ khi Mặt trăng đi vào vùng bóng tối của Trái đất hoàn toàn mới có hiện tượng nguyệt thực toàn phần, trong trường hợp này chỉ có một số vị trí nhất định trên Trái đất mới quan sát được (những vị trí này nằm trên mặt đất, xung quanh đường thẳng nối tâm Mặt trời, Trái đất và Mặt trăng. Những khu vực lân cận khác chỉ thấy nguyệt thực một phần.

… Đến lúc phải kết thúc

Vật lý thật là tuyệt!