Vì sao nhìn từ dưới nước lên có thể thấy bầu trời trong một cửa sổ tròn?
Khám phá mở rộng – Vật lý/KHTN 9
Nhìn từ dưới một mặt nước khá phẳng, phần cảnh phía trên có thể được thấy trong một vùng tròn giới hạn về góc, gọi là cửa sổ Snell. Khúc xạ đưa các hướng ánh sáng trên mặt nước vào vùng này; bên ngoài, mặt nước có thể biểu hiện như một mặt phản xạ đối với cảnh dưới nước.
Khúc xạ nén các hướng nhìn
Ánh sáng từ không khí vào nước đổi hướng theo quan hệ giữa hai môi trường. Những hướng từ gần chân trời tới hướng trên đầu không giữ nguyên phân bố góc khi tới người quan sát ở dưới.
Với mặt phẳng và cấu hình thích hợp, toàn vùng cảnh phía trên được đưa vào một khoảng góc hình nón. Giao của vùng nhìn ấy với mặt nước tạo cảm giác một cửa sổ tròn.
Phần ngoài cửa sổ cho thấy gì?
Nếu truy ngược một hướng nhìn từ nước tới mặt phân cách ở góc đủ lớn, có thể gặp điều kiện phản xạ toàn phần. Người quan sát nhận ánh sáng phản xạ từ phần cảnh dưới nước thay vì trực tiếp thấy cảnh phía trên theo hướng ấy.
Cần phân biệt chiều xét: phản xạ toàn phần đang mô tả đường từ môi trường có chiết suất lớn hơn tới môi trường nhỏ hơn. Không được đổi chiều rồi nói ánh sáng từ không khí không thể đi vào nước.
Hình dung một bức ảnh dưới nước: vùng giữa có trời và cảnh trên mặt, còn vùng ngoài hiện phản xạ khác. Đó là một biên quang học, không có một chiếc kính tròn thật được đặt trên mặt hồ.
Khi mặt nước không phẳng
Sóng và gợn đổi hướng pháp tuyến tại từng điểm, làm cửa sổ méo hoặc chia thành những ảnh biến dạng. Độ trong của nước và đường ánh sáng cũng ảnh hưởng độ rõ.
Hiểu lầm: nhìn thấy vòng chứng minh có một lỗ vật chất trên mặt nước. Hình xuất hiện từ cách ánh sáng truyền và phản xạ.
Ghi nhớ: khúc xạ quy định vùng thấy cảnh trên; phản xạ toàn phần quy định phần nhìn khác ở ngoài; mặt nước đổi hình thì bản đồ hướng nhìn cũng đổi.
Đọc thêm
- Vì sao nhìn cá dưới nước thường thấy nó nông hơn
- Khúc xạ và phản xạ toàn phần khác nhau ở tia truyền sang môi trường hai