Benjamin Crowell: Quang học - Phần 7

Narcissus, tranh của Michelangelo Caravaggio, khoảng năm 1598

CHƯƠNG 2

ẢNH TẠO BỞI SỰ PHẢN XẠ

Trẻ con luôn thích chơi đùa với ảnh của mình trong gương. Giờ nếu bạn muốn biết đôi điều về ảnh qua gương mà đa số mọi người không hiểu, hãy thử làm như sau. Trước tiên, hãy cầm trang sách này đến càng gần mắt bạn càng tốt, cho đến khi bạn không còn khả năng tập trung vào nó nếu không căng thẳng cả người. Sau đó, hãy đi vào nhà tắm và nhìn thử xem bạn có thể đưa gương mặt của mình đến gần mặt gương bao nhiêu cho đến khi bạn không còn dễ gì tập trung nhìn vào ảnh của đôi mắt của mình nữa. Bạn sẽ nhận thấy rằng khoảng cách mắt-gương thích hợp ngắn nhất nhỏ hơn nhiều so với khoảng cách mắt-tờ giấy thích hợp ngắn nhất. Điều này chứng tỏ rằng ảnh của gương mặt bạn ở trong gương tác dụng như thể nó có chiều sâu và tồn tại trong không gian phía sau gương. Nếu như ảnh đó giống như một hình phẳng ở trên trang sách, thì bạn sẽ không thể tập trung nhìn vào nó từ một khoảng cách ngắn như thế.

Trong chương này, chúng ta sẽ nghiên cứu ảnh tạo bởi gương phẳng và gương cầu trên cơ sở định tính, khái niệm. Mặc dù loại ảnh này không gặp thông dụng hàng ngày như ảnh tạo bởi thấu kính, nhưng ảnh tạo bởi sự phản xạ thì dễ hiểu hơn, vì thế chúng ta trình bày về chúng trước. Trong chương 3, chúng ta sẽ trở lại với cách xử lí mang tính toán học hơn của ảnh tạo bởi sự phản xạ. Thật bất ngờ, những phương trình giống như vậy cũng có thể áp dụng cho thấu kính, chủ đề nghiên cứu của chương 4.

2.1 Ảnh ảo

Chúng ta có thể tìm hiểu ảnh qua gương bằng sơ đồ tia sáng. Hình a thể hiện một vài tia sáng, 1, phát ra bởi sự phản xạ khuếch tán tại cái mũi người. Chúng phản xạ khỏi gương, tạo ra những tia sáng mới, 2. Với những người có mắt đặt ở vị trí thích hợp hứng lấy một trong những tia sáng này, chúng dường như đi tới từ ở phía sau gương, 3, nơi chúng sẽ phát ra từ một điểm. Điểm này là nơi chóp mũi của người-trong-gương hiện ra. Một phân tích tương tự áp dụng cho mọi điểm khác trên gương mặt người, nên trông như thể có toàn bộ một gương mặt ở phía sau gương. Cách thông thường mô tả tình huống trên đòi hỏi một số lí giải:

Mô tả thông thường trong vật lí học: Có một ảnh của gương mặt ở phía sau gương.

Dịch ra: Hình ảnh các tia sáng từ gương đi ra giống hệt như nó sẽ đi ra nếu có một gương nằm ở phía sau gương. Thật ra chẳng có cái gì nằm sau gương hết.

Ảnh này được gọi là ảnh ảo, vì các tia sáng không thật sự cắt nhau tại điểm nằm phía sau gương đó. Chúng chỉ dường như đi ra từ đó mà thôi.

Tự kiểm tra

Hãy tưởng tượng người ở trong hình a di chuyển gương mặt của anh ta xuống dưới một chút – chừng vài cm gì đó trong hình vẽ này. Cái gương vẫn ở chỗ cũ. Hãy vẽ một sơ đồ tia sáng mới. Sẽ vẫn có ảnh hay không? Nếu có, có thể nhìn thấy nó ở đâu?

a/ Một ảnh tạo bởi gương phẳng

Cơ sở hình học của sự phản xạ phản chiếu cho chúng ta biết rằng các tia sáng 1 và 2 hợp những góc bằng nhau so với pháp tuyến (đường thẳng tưởng tượng vuông góc với gương tại điểm phản xạ). Điều này có nghĩa là đường kéo dài tưởng tượng của tia sáng 2, 3, tạo với gương một góc bằng như tia sáng 1. Vì mỗi tia thuộc loại 3 tạo với gương một góc bằng như tia tương ứng loại 1 của nó, nên chúng ta thấy khoảng cách từ ảnh đến gương bằng với khoảng cách từ gương mặt thật đến gương, và nó nằm ở hai bên gương. Vì thế, ảnh hiện ra có kích cỡ bằng với gương mặt thật.

b/ Ví dụ 1

Ví dụ 1. Kiểm tra thị lực

Hình b thể hiện cách bố trí tiêu biểu của một phòng kiểm tra thị lực. Tầm nhìn của người đi khám mắt được kiểm tra ở khoảng cách 6 mét (20 foot ở Mĩ), nhưng khoảng cách này lớn hơn không gian sẵn có của căn phòng. Do đó, người ta dùng một cái gương để tạo ra ảnh của bảng kiểm tra thị lực đặt trên bức tường phía sau lưng.

Ví dụ 2. Máy quay hình động

Hình c thể hiện một dụng cụ kiểu cũ gọi là cái praxinoscope, dụng cụ hiển thị ảnh động khi quay tròn. Vòng giấy có thể tháo lắp với những hình ảnh in trên nó có bán kính gấp đôi bán kính của vòng tròn phía trong làm bằng những gương phẳng, cho nên ảnh ảo của từng hình nằm ngay chính giữa. Khi bánh xe quay, ảnh của từng hình bị thay thế bởi ảnh tiếp theo, và cứ thế.

c/ Máy quay hình động

Câu hỏi thảo luận

1. Hình bên dưới thể hiện một vật nằm bên ngoài một phía của một cái gương. Hãy vẽ một sơ đồ đường đi tia sáng. Có ảnh được tạo thành không? Nếu có, thì nó nằm ở đâu, và nó sẽ được nhìn thấy từ hướng nào?

Quang học
Benjamin Crowell
Trần Nghiêm dịch
Phần tiếp theo >>

Bài trước | Bài kế tiếp