Truyền thẳng ánh sáng- Một
định luật đa ứng dụng
“Trong một môi trường trong suốt, đồng tính, 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 thẳngcủa ánh sáng có rất nhiều ứngdụng trong đời sốngvà kĩ
thuật. Chẳng hạn, dựa vào sự truyền thẳng của ánh sáng,ngườita chế tạo những
chiếc thước ngắm để xác định cácđiểm nằm trên mộtđường thẳng trong không
gian; Khicác emhọcsinh đứng thẳng hàng, bạntổ trưởng đứngđầu hàng (cho dù
là họcsinh lớp1 hay 12)cũng“biết dùng” địnhluật truyền thẳngcủa ánh sángđể
kiểmtra xem hàng đã thẳng chưabằng cách …“ngắm”.
Ngoài ra ta có thể vận dụng đặcđiểm về sự truyền thẳng
của ánh sáng để giải thíchnhiều hiện tượng lí thú kháctrong
tự nhiên.
Hãy bắt đầu từ “bóng tối” và “bóng nửa tối” …
Bóng tối là gì ?Đặt một nguồn sáng nhỏ S(như bóngđèn, ngọn nến) trước
một màn chắn (cóthể là bức tườngchẳng hạn),trong khoảng từ nguồnsáng đến
màn chắn đặtmột vật cản ánhsáng (như tấm bìa cứng), quansát trên màn chắn ta
thấycó một phần không nhận được ánhsángtừ nguồn sáng chiếu tới phần đó gọi
là bóng tối .
Bóng nửa tối là gì?Nếu nguồn sáng là rộngnhư ngọn lửachẳng hạn, quansát
trên màn chắn ta thấyngoài làbóng tối còn có một phầnkhôngtối hoàn toàn bao
xungquanh, phần nàychỉ nhận được ánh sáng từ một phần của nguồn sáng chiếu
tới gọi là bóngnửa tối.
Lấy một ví dụ nhé:Vàoban đêm,trongphòng chỉ có mộtngọn đèndầu.Khi ta
đứng gần tường, bóng của ta inrõ nét trên tường,nhưngkhi tiến lại gần đènthì
bóng của ta trên tường ngàycàng kém rõ nét hơn.
Vì saonhư vậy nhỉ? Baygiờ thì bạn tự giải
thích được rồi:Khi đứnggần tường(xa đèn) xuất
hiện vùng bóng tối vàbóng nửa tối. Do khoảngcách
giữangười và tường nhỏ hơnnhiều sovới khoảng

cách giữa người và đèn nên bóng nửa tối bị thu hẹp,
ta thấy vùng bóng tối rõ nét. Khi đứnggần đèn,vùng
bóng nửa tối được nớirộng thêm nên vùng bóng tối lại kém rõnét. Vậy thôi!
Trênhình bên lànghệ thuậttạo bóngbàn tay.
… Cùng định luật đi vào cuộc sống
Từ đồng ruộng …
Trênmột thửa ruộng người tacắm 3 cáicọc thẳng đứng. Nếu trongtay
khôngcó một dụng cụ nào, làmthế nào để xác định 3 cái cọc đó có thẳnghànghay
không?
Đơn giản quá, những người nôngdânvẫn thườnglàm mà: Nheo một mắtvà
nhìn bằng mắtkia trước một cọc(đầu tiên) ngắm thẳng theo hướng của 2 cáicọc
còn lại, nếu 2cọc còn lại bị cọc đầu tiên che khuất thìcả 3cọc đã thẳng hàng. Đó là
một hệ quả rút ra từ định luậttruyền thẳngánh sáng đấy!
… Đến các xưởng mộc
Còn cácbác thợ mộc thì sao? Những người thợ mộc khi bào những thanhgỗ
thẳng,thỉnh thoảng họ lại nângmột đầu thanh gỗ lên để ngắm.Làm như vậy có tác
dụnggì ? Nguyên tắc của cách làm này đã dựa trên kiến thức vật lí nào?Bây giờ thì
bạn cũng biết rồi:Người thợ mộc nângmột đầu thanh gỗ lên để ngắmnhằm mục
đích kiểmtra xemmặtgỗ bàođã phẳngchưa. Nguyên tắccủa cách làmnày dựa
trên địnhluật 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 nhaumà không dùng một bóng đèn
lớn (độ sáng củamộtbóng đèn lớn cóthể bằngđộ sáng
của nhiều bóng đèn nhỏ hợp lại)?
Đơn giản quá, việc lắpđặt bóng đèn thắp sáng
trong các lớp học phải thỏa mãn ba yêu cầu sau:Phảiđủ độ sáng cần thiết; Học
sinh ngồiở dưới khôngbị chói khi nhìnlên bảng đenvà tránh các bóng tối và bóng
nửa tối trên trang giấy mà tay học sinhviết bài có thể tạo ra. Trongba yêu cầutrên,
một bóng đèn lớn chỉ có thể thỏa mãn yêu cầu thứ nhất màkhông thỏa mãn được

hai yêu cầu còn lại. Trongkhi đó,nếu dùng nhiều bóngđèn lắp ở những vị trí thích
hợp sẽ thỏa mãn đượccả ba yêu cầu. Đó chính là lý dogiải thích vì sao trong lớp
học ngườita thường lắp nhiều bóng đèn ở các vị trí khác nhau.
Trongcác phòng mổ ở bệnh viện, người ta đã làm như thế
nào để khi mổ, bàn taycủa Bácsĩ khôngche khuấtvếtmổ hoặc
tạo bóngtối trên chỗ mổ của bệnhnhân?Bây giờ thì quáđơn
giản với bạn rồi:người ta thiết kế nhiềubóng đèn ở nhiều vị trí
khác nhau sẽ làm cho ánhsángcủa cácbóng đèn này đan chéo
nhau, khimổ cho bệnh nhân,bàn tay của Bác sĩ có thể tạo ra
bóng nửa tối đối với mộtngọnđèn nàođó nhưng không thể tạo
bóng tối đối với tất cả các bóng đèn trong phòng. Rất antoàn 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:Mặttrời chiếu sáng Mặt trăng và Trái Đất, khiMặt trời,Mặttrăng
và Tráiđất cùngnằm trên đườngthẳng,Mặt trăng ở giữa thì trên Tráiđất xuất
hiện bóngtối vàbóng nửa tối. Một số nơi trên Trái Đất sẽ quansát thấy nhật thực.
Trongkhi xảyra hiện tượngnhật thực, chỉ có những người đứngtrong vùng
bóng tối của Mặt trăng trên Trái đất và nhữngngườiđứng trong vùng lân cận
(vùng bóng nửatối) mới có thể quan sátđược hiện tượng.Nhữngngười không
đứng trong những vùngnày thì không thể quansát đượchiện tượng nhật thực.
Nguyệt thực:Mặt trời chiếu sángMặt trăng. Đứng từ Trái đất về ban đêm ta
nhìn thấy ánh sáng phản chiếu từ Mặt trăng. Khi Mặttrăng bị Trái Đất che khuất,
nó khôngđượcMặt trời chiếusáng nữa,lúc đó ta không nhìn thấy Mặt trăng,ta nói
là cónguyệt thực.
Mặttrăng quayquanh Tráiđất, Trái đất lại
quay quanh Mặt trờinên chỉ khi Mặt trăng đi vào
vùng bóng tối của Trái đất hoàntoàn mới có hiện
tượng nguyệt thực toànphần, trong trườnghợp

này chỉ có mộtsố vị trí nhất địnhtrênTrái đất mới
quan sát được (những vị trí nàynằm trên mặt đất, xung quanh đường thẳng nối
tâmMặt trời, Trái đấtvà Mặt trăng.Những khuvực lâncận khác chỉ thấy nguyệt
thực mộtphần.
Nguyên tắc hoạt động của tàu lửa
chạy trên đệm từ
Ai cũng biết rằng xe lửa không nhanh bằng máy bay,
nhưng đó không phải là một điều thiên kinh địa nghĩa. Chẳng
lẽ xe lửa không thể so tài cao thấp với máy bay ư ? Thế thì vì
sao hiện nay xe lửa chạy không nhanh bằng ?
Đó là vì nó có bánh xeđấy. Xe dựa vào các bánhxe đỡ để đi trên đường, đó là
chuyện đã thấytừ mấy nghìn năm nay,bánh xe và mặtđất cóma sátảnh hưởng
đến việc nâng cao tốc độ xe. Ngoài rađể xecó thể đi đượccòn phải xây đường bộ,
đườngsắt, bắccầu. Chỉ xem xét từ mấy điểm đó đã thấy xe lửakhôngthuậntiện
bằngmáy bay. Thế nhưng liệu cóthể bỏ bánh xe lửa đi được không?
Ngay từ đầu thế kỷ 19 đã có người đề xuất rằng dùng dòng khí phun xuống
dướitạo thành²đệm không khí²thay thế bánh xeđỡ đoàn tàu.Chỉ tiếc là thờiđó
chưa thể sản xuất được loại khí có áp suất cao như vậy để hình thành mộtđệm khí
có thể đỡ đoàn tàu, nênkế hoạch này không thể thực hiện được.
Vào cuối những năm 60của thế kỷ 20, lần đầu tiên xuất hiện đoàn xe cóđệm
khí, lợi dụng không khí áp suất cao để nâng lên. Khi vận hành, nó phun không khí
áp suấtcao xuống dưới, cột khícó thể nâng xe lên đến độ cao cách mặtđất từ 1 cm
- 1 m.Đoàn tàu đệm không khí đã phá vỡ phươngthức cổ xưa là bánh xe lăn trên
đườngray; lựccản lên đoàn tàu này nhỏ, chấn động nhỏ, tốc độ tăng lênrất nhiều,
khi nhanhnhất tốc độ giờ đạt trên 500km.Ngoài việc dùng đệm không khí ra còn
lợi dụngtừ lực để nâng đoàn xelên. Năm 1971 đoàn tàu dùngđệm từ lần đầu tiên
ra đời.Trên đường ray của loại tàu này có lắp những vòngdây dẫn điện có thể sinh
ra từ trường.ở dưới gầm tàu lắp những thanh từ siêu dẫn, lợi dụng nguyên lý hai
thanh từ cùng cực thì đẩy nhauđể nâng đoàn tàulên cách mặtđườngray vài
centimét. Hiện nay tốcđộ giờ của đoàn tàu dùng đệmtừ đã đạttới trên 500 km.Để

cân bằng sự trôi dạt không địnhhướngđược dodòngkhí cao tốcsinhra, trên xe
lửa có lắp thêm cánh đuôi khiếntrôngnó rất giống mộtchiếc máy bay.Xe lửa
khôngcó bánh đã khử được sức cản masát của mặtđất nhưng vẫn chưa triệt để
loại trừ đượcsức cản của không khí. Xemra không khícũng là một chướngngại
lớn trongviệcnâng caotốc độ đoàn tàu.Liệu có thể để đoàn tàukhôngbánh chạy
trong chân khôngkhông? Đã có người nêu ra đoàn tàuđườngống. Đem đường ống
chôn xuống đất. Bên trong ống đặt đườngrây, lợi dụngtừ lực nâng đoàn tàu lên
phía trênđườngrây, lại đem phía trướcđoàn tàubiến thànhchân không,đồng
thời đưa khôngkhí vào phíasau đoàn tàu, nhờ sự chênh lệch áp suấtở haiđầu đẩy
đoàn tàuchạy vớitốc độ cao trong đường ống, dự tính tốc độ giờ có thể đạt tới
1000 km. Toàn tàu chạy với tốc độ siêu thanh này vừa sạch lại vừa khôngcó tiếng
ồn và ônhiễm,so với máy baybình thường càng nhanh hơn. Hiệnnay nó cònở giai
đoạn chế thử, một khi đã đưa vào sử dụng, xe lửa khôngcó bánh sẽ như trở thêm
cánh,ngồi nómột ngàycó thể đi một vòngquanh trái đất.