THÔNG BÁO VỀ VIỆC ĐẠI HỘI ĐOÀN THANH NIÊN KHOA KHCB  |   LỄ KỶ NIỆM 50 NĂM THÀNH LẬP VÀ ĐÓN NHẬN HUÂN CHƯƠNG ĐỘC LẬP HẠNG 2   |   BAN NỮ CÔNG KHOA KHCB TỔ CHỨC LIÊN HOAN KỶ NIỆM NGÀY PHỤ NỮ VIỆT NAM 20 – 10  |   KHOA KHCB GIÀNH GIẢI NHÌ CUỘC THI CẮM HOA CHÀO MỪNG NGÀY PHỤ NỮ VIỆT NAM  |   HỘI NGHỊ CÁN BỘ VIÊN CHỨC KHOA KHCB NĂM HỌC 2016–2017 ĐÃ THÀNH CÔNG TỐT ĐẸP  |   KHOA KHOA HỌC CƠ BẢN THÀNH LẬP CÂU LẠC BỘ TIẾNG ANH  |   CHI BỘ CƠ BẢN 3 TỔ CHỨC KẾT NẠP ĐẢNG CHO QUẦN CHÚNG ƯU TÚ LÃ NGỌC LINH  |   THÔNG BÁO SỐ 07/PTNVL-2016  |   ĐỘI TUYỂN OLYMPIC VẬT LÝ QUỐC GIA NĂM 2016 ĐẠT GIẢI NHÌ TOÀN ĐOÀN  |   KHOA KHOA HỌC CƠ BẢN LONG TRỌNG TỔ CHỨC 50 NĂM THÀNH LẬP  |  
TRANG CHỦ
BẢN TIN KHOA KHCB
Câu lạc bộ tiếng Anh
Số lượt truy cập: 380900
Hiện tại có 34 khách
VÌ SAO BẦU TRỜI BAN NGÀY CÓ MÀU XANH? In E-mail
Saturday, 02 August 2014
bau_troi_xanh.jpgVì sao bầu trời ban ngày có màu xanh?

 Ở những kỳ giải đáp trước chúng ta đã phần nào biết được  vì sao lại có những hiện tượng rất lý thú xảy ra xung quanh chúng ta như vì sao trong  mưa giông lại thường có sấm sét, vì sao băng đá lại nổi được trên nước lỏng,… Ở kỳ này chúng ta sẽ đi tìm hiểu một hiện tượng rất hay và quen thuộc với chúng ta đó là “vì sao bầu trời ban ngày lại có màu xanh?”. Bầu trời ban ngày có màu xanh (hình 1), câu trả lời ai cũng có thể trả lời đúng, khi ta đặt câu hỏi bầu trời ban ngày có màu gì? Nhưng để trả lời được câu hỏi “vì sao bầu trời ban ngày có màu xanh?” thì không phải là dễ. Nhờ có những nghiên cứu của các nhà khoa học vật lý John William Strutt, (Lord John Rayleigh) (1842-1919) và sinh học mà chúng ta có thể phần nào giải đáp được câu hỏi trên. Bây giờ chúng ta sẽ tìm hiểu xem là tại sao nhé!

bau_troi_xanh.jpg
Hình 1: Bầu trời màu xanh

 Như chúng ta đã biết ánh sáng mặt trời là ánh sáng trắng được tổng hợp từ rất nhiều sắc khác nhau (hình 2). Các màu sắc pha trộn một cách liên tục từ màu này đến màu khác nằm trong vùng khả hiến (vùng nhìn thấy được bằng mắt). Dải màu này bắt đầu từ màu đỏ(630-750nm) đến cam(590-630nm), vàng(570-590nm), lục(490-570nm), lam(450-490nm), chàm(420-450nm) và kết thúc là màu tím(380-420nm).

khuc_xa_qua_lang_kinh.jpg
Hình 2: Hiện tượng khúc xạ qua lăng kính thủy tinh

 Mỗi màu sắc tương ứng với 1 bước sóng, tần số và mang năng lượng khác nhau (hình 3). Ánh sáng tím có bước sóng ngắn nhất trong dải quang phổ khả kiến. Điều này đồng nghĩa với việc tần số và năng lượng của ánh sáng tím là cao nhất trong dải quang phổ khả kiến. Ngược lại, ánh sáng đỏ có bước sóng dài nhất, tần số thấp nhất và sẽ mang ít năng lượng nhất.

buoc_song_anh_sang.jpg
Hình 3: Hình ảnh các sóng cơ bản vùng khả hiến

 Ánh sáng di chuyển trong không gian theo đường thẳng nếu không có gì làm nó bị nhiễu loạn. Khi ánh sáng di chuyển vào trong bầu khí quyển, nó tiếp tục đi theo đường thẳng cho đến khi gặp phải các hạt bụi nhỏ hoặc các phân tử khí cản lại. Kể từ lúc này, những gì xảy ra với ánh sáng phụ thuộc vào bước sóng của nó và kích thước của những vật mà nó chiếu vào.

 Những hạt bụi và nước trong không khí (µm ->1/2mm) có kích thước lớn hơn so với bước sóng của ánh sáng khả kiến. Khi ánh sáng chiếu vào những hạt có kích thước lớn hơn, nó sẽ bị phản xạ lại theo nhiều hướng khác nhau hoặc bị các vật cản hấp thu. Do các màu sắc khác nhau trong ánh sáng đều bị phản xạ lại từ các hạt theo cùng một hướng nên ánh sáng phản xạ từ các hạt cản vẫn là ánh sáng trắng và chứa tất cả các màu ban đầu.

 Ngoài bụi và nước, trong khí quyển cũng chứa các phân tử khí. Các phân tử khí này có kích thước (10nm) nhỏ hơn so với bước sóng của ánh sáng khả kiến. Nếu ánh sáng trắng chiếu vào các phân tử khí, thì hiện tượng sảy ra sẽ khác đi so với khi chiếu vào bụi hay các hạt nước.

 Khi ánh sáng chiếu vào phân tử khí, "một phần" của nó có thể bị phân tử khí hấp thụ. Sau đó, các phân tử khí sẽ bức xạ ánh sáng theo nhiều hướng khác với ban đầu. Sở dĩ có khái niệm "một phần" xuất hiện ở đây là vì sẽ có một số bước sóng trong ánh sáng trắng (tương ứng với các màu sắc) dễ bị hấp thụ, một số bước sóng khác khó bị hấp thụ hơn. Nói cách khác, một số bước sóng ngắn (như màu xanh dương) sẽ bị hấp thụ nhiều hơn so với các bước sóng dài (như màu đỏ). Quá trình trên được gọi là tán xạ Rayleigh. Hiện tượng được đặt theo tên của người phát hiện ra nó: Lord John Rayleigh, một nhà vật lý học người Anh. 

 Vào năm 1871, Rayleigh đã đưa ra phương trình tính hệ số tán xạ của một vật tỷ lệ nghịch với bước sóng ánh sáng (ký hiệu là lamda) mũ 4. Nói cách khác, ánh sáng có bước sóng càng ngắn thì càng bị tán xạ nhiều hơn và ngược lại.

 Do bước sóng của ánh sáng (100~1000 nm) lớn hơn so với kích thước của các phân tử khí (10 nm) nên chúng ta có thể áp dụng công thức tán xạ Rayleigh cho hiện tượng tán xạ ánh sáng trong khí quyển của Trái Đất.

  Khi ánh sáng đi vào khí quyển của Trái Đất, hầu hết những bước sóng dài đều không bị các phân tử khí hấp thụ nên có thể đi xuyên qua. Một ít ánh sáng đỏ, cam, vàng có thể bị ảnh hưởng của không khí. Tuy nhiên, một lượng lớn bước sóng ngắn đã bị các phân tử khí hấp thụ. Ánh sáng bước sóng ngắn bị hấp thụ sau đó sẽ được tán xạ ra ngoài theo rất nhiều hướng khác nhau.

  Lúc này, ánh sáng xanh sẽ tán xạ khắp bầu trời (hình 4). Vào ban ngày, cho dù chúng ta đứng ở bất cứ đâu và nhìn theo hướng nào thì một số ánh sáng xanh bị tán xạ luôn hướng tới mắt của chúng ta. Do đó, khi chúng ta ngước nhìn lên phía trên đầu mình thì bầu trời sẽ luôn có màu xanh.

tan_xa.jpg
Hình 4: Ánh sáng xanh bị tán xạ khắp bầu khí quyển

 Nếu chú ý kỹ hơn, thì khi nhìn càng gần về phía đường chân trời thì bầu trời có vẻ nhạt màu hơn. Đó là do, để đến được vị trí của chúng ta, ánh sáng xanh sau khi bị tán xạ phải đi qua thêm nhiều lớp không khí. Một phần tiếp tục bị tán xạ theo nhiều hướng khác. Do đó, có ít ánh sáng xanh từ phía gần chân trời tiến đến vị trí của chúng ta hơn so với lượng ánh sáng xanh từ đỉnh đầu của mình (hình 5).

tan_xa_o_xa.jpg
Hình 5: Khi hoàng hôn, bầu trời có màu xanh nhạt, sau đó dần chuyển xang màu đỏ

 Một điểm khác đáng chú ý là chắc chắn nếu theo dõi đến đây, các bạn sẽ có thắc mắc rằng: Bước sóng của màu tím và màu chàm thậm chí còn ngắn hơn màu xanh, vậy lẽ ra bầu trời phải có màu tím chứ không phải là màu xanh mới đúng?

 Một lý do cơ bản mà ta sẽ không thấy được bàu trời có màu tím là vì mắt người chỉ nhậy cảm với ba vùng quang phổ (gần tương ứng với vùng màu da cam, xanh lá cây (hay lục) và xanh lam trên quang phổ), nên phối màu phát xạ thường chỉ cần dùng ba nguồn sáng có màu đỏ, xanh lá cây và xanh lam (gọi là màu cơ bản) để tạo ra cảm giác về hầu hết màu sắc. Trên võng mạc bình thường có 10 triệu tế bào que cảm biến ánh sáng và 5 triệu tế bào hình nón (hình 6) phát hiện ra màu sắc. Mỗi tế bào nón có chứa sắc tố giúp phản ứng với từng loại bước sóng khác nhau. Có 3 loại tế bào nón chính tương ứng với các loại bước sóng ngắn, trung bình và dài. Chúng ta cần phải sử dụng cả 3 loại tế bào này để nhìn thấy màu sắc  chính xác nhất.

he_mau_rgb.jpg
Hình 6: Các tế bào hình nón cảm nhận màu sắc

 Mỗi tế bào nón có phản ứng với các bước sóng tối đa là: 570 nm đối với bước sóng dài, 543 đối với bước sóng trung bình, và 442 nm đối với bước sóng ngắn. Dù vậy, 3 loại tế bào nón này có thể phản ứng với số bước sóng trên diện rộng và chồng chéo nhau. Điều này có nghĩa là sẽ có trường hợp 2 quang phổ khác nhau có thể gây ra cùng 1 phản ứng trên các tế bào nón. Như vậy khi có sự chồng chéo giữa sóng ánh sáng xanh và tím thì trên tế bào mắt chúng ta sẽ coi như tổng hợp giữa màu xanh và màu trắng (vì không có tế bào cảm nhận màu tím), cuối cùng sẽ cho ra tín hiệu màu xanh truyền về tín hiệu não, do đó mà chúng ta cảm nhận được bầu trời có màu xanh. Chúng ta nhìn thấy màu tím là do trên các tế bào cảm nhận màu sắc đã tổng hợp đồng thời hai màu đỏ và xanh lam theo tỷ lệ cường độ sáng từng màu nhất định.

 Tuy nhiên, một số loài động vật nhìn bầu trời không phải có màu xanh như con người. Ngoài con người và một số loại linh trưởng, hầu hết các loài động vật khác đều có 2 loại tế bào hình nón trong võng mạc. Do đó, các loài động vật này, như chim chẳng hạn, sẽ nhìn thấy bầu trời là màu tím.

 Như vậy qua bài này chúng ta đã phần nào hiểu biết được nguyên nhân vì sao bầu trời có màu xanh. Tới kỳ sau chúng ta sẽ tiếp tục tìm hiểu những điều kỳ thú khác, tồn tại xung quanh cuộc sống của chúng ta qua lăng kính Vật lý kỳ diệu nhé!

                                                                              (emyeukhoahoc, nguồn: wikipedia, youtube)

Free Hit Counter
 
Tin mới hơn:
Tin cũ hơn: