Cửa sổ Snell

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Bước tới điều hướng Bước tới tìm kiếm
Một thợ lặn nhìn từ dưới mặt nước, nằm trong vùng cửa sổ của Snell.

Cửa sổ Snell (còn được gọi là vòng tròn Snell[1] hoặc giếng thăm quang học[2]) là một hiện tượng mà một người quan sát dưới nước nhìn thấy mọi thứ phía trên mặt nước qua một hình nón có chiều rộng góc khoảng 96 độ.[3] Hiện tượng này được gây ra bởi sự khúc xạ của ánh sáng khi vào nước và chịu sự chi phối của Định luật Snell.[4] Khu vực bên ngoài cửa sổ Snell sẽ tối hoàn toàn hoặc phản chiếu lại hình ảnh của các vật thể dưới nước bởi sự phản xạ toàn phần.

Các nhiếp ảnh gia dưới nước đôi khi sắp xếp bố cục những bức ảnh chụp từ phía dưới sao cho chủ thể của ảnh nằm trong miền cửa sổ Snell, để tạo ánh sáng nền và làm tập trung thêm sự chú ý đến chủ thể.

Sự tạo ảnh[sửa | sửa mã nguồn]

Hình 1: tia sáng từ dưới mặt nước với một góc dốc truyền qua mặt phân cách, bị lệch đi khỏi phương thẳng đứng. Hình 2: tia sáng tới mặt nước với góc giới hạn bị lệch đi và chỉ truyền dọc theo phương ngang mặt nước. Hình 3: tia sáng tới mặt nước với một góc thấp hơn góc giới hạn không thể truyền qua mặt phân cách, nó bị phản xạ toàn phần ngược lại dưới nước. Kết quả tương tự cũng áp dụng cho trường hợp tia sáng từ phía trên truyền vào, theo nguyên lý thuận nghịch.
Khúc xạ ánh sáng ở mặt phân cách giữa hai môi trường truyền, bao gồm cả phản xạ toàn phần. Nhìn thẳng lên trên, người quan sát dưới nước có thể thấy các vật phía trên mặt nước, còn nếu nhìn với một góc thấp thì chỉ thấy sự phản xạ từ phía đáy nước.
Hình ảnh trông thấy khi nhìn thẳng từ dưới nước lên. Toàn bộ bán cầu phần phía trên mặt nước được trông thấy bị nén (tương tự sự nén bởi thấu kính mắt cá) vào trong một hình tròn được bao bởi bán kính là góc giới hạn (48,5°). Mọi thứ nằm ngoài miền tròn góc giới hạn là hình ảnh phản xạ từ bên dưới mặt nước.
Viền của cửa sổ Snell, trong trường hợp này là biên giữa vùng hình ảnh phản xạ từ đáy nước (màu xanh lam nhạt) và vùng hình ảnh khúc xạ từ bầu trời và các công trình phía trên mặt nước (màu xanh lam đậm và xám)

Trong điều kiện lý tưởng, một người quan sát nhìn lên mặt nước từ bên dưới sẽ thấy hình ảnh của thế giới quan sát được phía trên mặt nước, thấy được hết toàn bộ ở phía trên đến tận chân trời, tất cả nằm trong một hình tròn hoàn hảo. Do sự khúc xạ giữa mặt phân cách không khí/nước, hình ảnh toàn cảnh phía trên qua cửa sổ Snell bị nén: nếu như quan sát ở phía trên mặt nước ta thấy mọi vật xung quanh trong vùng bán cầu với góc trông 180°, thì khi ở dưới nước nhìn lên toàn bộ thế giới phía trên bị nén vào một vùng nón có chiều rộng góc trông chỉ còn 97°; điều này tương tự như hiệu ứng của thấu kính mắt cá. Ngoài ra, độ sáng của ảnh bị giảm tới tối hoàn toàn ở biên hình tròn hay đường chân trời bởi vì góc tới càng thấp thì các tia sáng bị phản xạ trở lại càng nhiều hơn là khúc xạ vào nước (xem thêm phương trình Fresnel). Trên thực tế, sự khúc xạ rất nhạy cảm với các nhiễu động tới sự bằng phẳng của mặt nước (thí dụ như gợn hay sóng trên bề mặt), nó có thể gây méo mó cục bộ hoặc tan biến hoàn toàn hình ảnh trong cửa sổ Snell. Sự vẩn đục trong nước có thể làm mờ khuất hình ảnh bằng một màn mây tán xạ ánh sáng.

Tham khảo[sửa | sửa mã nguồn]

  1. ^ Dave Hughes (1990). Tactics for Trout. Stackpole Books. ISBN 0-8117-2403-4. Snell's circle.
  2. ^ David K. Lynch and William Livingstone (2001). Color and Light in Nature. Cambridge University Press. tr. 79. ISBN 0-521-77504-3.
  3. ^ Martin Edge and Ian Turner (1999). The Underwater Photographer. Focal Press. ISBN 0-240-51581-1.
  4. ^ Robert Williams Wood (1914). Physical Optics. The Macmillan Company. tr. 66. circle-of-light water critical-angle 180.

Liên kết ngoài[sửa | sửa mã nguồn]