Không khí có bóng không ?
Không khí thực sự có thể tạo ra bóng Bóng xảy ra khi một vật thể trong chùm sáng ngăn cản một phần ánh sáng tiếp tục chiếu theo hướng thuận. Khi chùm sáng chiếu vào tường hoặc mặt đất, hình dạng tối hơn có thể nhìn thấy ở nơi ít ánh sáng chiếu vào bề mặt hơn. Cả ánh sáng và bóng tối, chỉ là sự vắng mặt của ánh sáng, di chuyển đến bề mặt với tốc độ ánh sáng. Có ba cách mà một vật thể có thể ngăn không cho ánh sáng tiếp tục chiếu theo hướng thuận:
- Hấp thụ : Ánh sáng chiếu vào vật thể được hấp thụ và chuyển thành nhiệt. Một chiếc bàn màu đen tạo ra bóng trên tường chủ yếu bằng cách hấp thụ ánh sáng chiếu vào nó.
- Sự phản xạ : Ánh sáng chiếu vào vật thể bị phản xạ khỏi bề mặt phía trước và chuyển hướng đến một phần khác của căn phòng. Một chiếc bát màu bạc tạo bóng trên tường bằng cách phản chiếu ánh sáng chiếu vào bề mặt phía trước của nó.
- Khúc xạ : Ánh sáng chiếu vào vật thể đi qua, nhưng hướng của ánh sáng bị bẻ cong bởi vật thể. Nếu hướng bị uốn cong đủ, ánh sáng đi qua vật thể sẽ bị lệch khỏi chùm tia truyền về phía trước. Kết quả là, chùm tia sẽ có một điểm tối; một cái bóng.
Hãy xem xét các vật thể hoàn toàn trong suốt như cốc thủy tinh, chai nước hoặc thấu kính của kính đeo mắt. Mặc dù những vật thể trong suốt như vậy không hấp thụ hoặc phản xạ nhiều ánh sáng, nhưng chúng vẫn tương tác với ánh sáng thông qua hiện tượng khúc xạ. Khúc xạ là thứ làm cho cốc trong suốt có thể nhìn thấy bằng mắt của chúng ta. Khúc xạ cũng cho phép các đối tượng rõ ràng đổ bóng. Tháo kính đeo mắt của bạn ra và đặt chúng trên bàn vào ban đêm dưới ánh sáng của một ngọn đèn duy nhất và bạn sẽ thấy một bóng mờ rõ rệt do tròng kính trong suốt gây ra.
Mặc dù không khí gần như trong suốt hoàn toàn nhưng nó vẫn có thể tạo bóng do khúc xạ. Nguyên tắc chính liên quan đến khúc xạ là ánh sáng bị bẻ cong khi chỉ số khúc xạ khác nhau từ vị trí này sang vị trí khác. Không khí và thủy tinh là những vật liệu khác nhau và có chiết suất khác nhau. Do đó, ánh sáng bị bẻ cong khi đi từ không khí vào thủy tinh, chẳng hạn như ở bề mặt của thấu kính thủy tinh. Hiện tượng khúc xạ không xảy ra bên trong thấu kính thủy tinh vì chất liệu bên trong thấu kính là đồng nhất. Hiện tượng khúc xạ xảy ra ở bề mặt của thấu kính thủy tinh vì đó là nơi duy nhất có chiết suất khác nhau. Bản thân không khí đồng nhất không thể khúc xạ ánh sáng và tạo bóng vì chỉ số khúc xạ không khác nhau ở bất kỳ đâu. Tuy nhiên, khi các vùng không khí khác nhau có chỉ số khúc xạ khác nhau, không khí thực sự có thể bẻ cong ánh sáng khỏi hướng thuận và tạo ra bóng.
Cách phổ biến nhất để có được chỉ số khúc xạ thay đổi trong các vùng không khí khác nhau là làm nóng không khí. Khi không khí nóng lên, nó nở ra và chỉ số khúc xạ của nó thay đổi. Do đó, một túi khí ấm nằm cạnh một túi khí lạnh sẽ tạo thành các vùng có chiết suất khác nhau. Do đó, giao diện giữa không khí lạnh và không khí ấm sẽ bẻ cong ánh sáng và gây ra bóng tối. Hiệu ứng này dễ thấy nhất khi ánh sáng mặt trời trực tiếp mạnh chiếu vào một bên qua cửa sổ, đi qua không khí lạnh xung quanh và sau đó đi qua không khí nóng phía trên lò sưởi. Bóng mà hệ thống không khí này tạo ra trên bức tường phía xa bao gồm các đường uốn lượn, uốn lượn bắt chước chuyển động hỗn loạn của không khí nóng khi nó bay lên.
Chỉ số khúc xạ của không khí cũng thay đổi khi áp suất và thành phần thay đổi, do đó những hiệu ứng này cũng có thể dẫn đến bóng khí. Ví dụ, sự thay đổi áp suất gây ra bởi một chiếc máy bay cày trong không khí có thể gây ra bóng tối. Ngoài ra, khí được thoát ra không khí xung quanh tạo ra các biến thể không gian trong không khí, và do đó gây ra các biến thể gây ra bóng trong chỉ số khúc xạ.
Khả năng tạo bóng của không khí không đồng nhất được sử dụng để tạo ra lợi thế lớn trong kỹ thuật chụp ảnh được gọi là chụp ảnh schlieren. Trong nhiếp ảnh schlieren, bóng được sử dụng để lập bản đồ chính xác các biến thể trong không khí, như minh họa bên dưới.
Trong nhiếp ảnh schlieren, khả năng tạo bóng của các biến thể không khí được sử dụng để nghiên cứu sự tương tác của không khí với các vật thể. Chẳng hạn, hình ảnh schlieren này được sử dụng để nghiên cứu luồng không khí xung quanh tên lửa SLS khi nó di chuyển ở tốc độ cao (như mô phỏng trong đường hầm gió). Hình ảnh miền công cộng, nguồn: NASA/MSFC.
Cảm ơn bạn đã đọc bài viết của Bảo Khang Electric