Có thể tự tạo cầu vồng tại nhà bằng những thứ có sẵn: vòi tưới phun sương dưới nắng, một cốc nước trong đặt trên bậu cửa sổ, chiếc gương nhỏ ngâm trong chậu nước, hoặc một đĩa CD cũ. Nguyên tắc chung là cho ánh sáng trắng đi qua nước hay thuỷ tinh để các màu bị bẻ lệch khác nhau. Dưới đây là năm cách, xếp từ dễ đến khó, kèm giải thích và lưu ý an toàn.
Lưu ý an toàn trước khi bắt đầu
- Không bao giờ nhìn thẳng vào Mặt Trời, kể cả qua lăng kính, cốc nước, gương hay kính màu. Chỉ nhìn dải màu hắt lên tường, lên giấy, hoặc nhìn vào màn sương phía trước khi quay lưng về phía Mặt Trời.
- Không dùng bút laser chiếu qua lăng kính để làm dải màu, laser có thể làm hại mắt.
- Gương và cốc thuỷ tinh có thể vỡ: người lớn nên cầm, trẻ nhỏ chỉ quan sát.
- Khi phun nước ngoài sân, để ý ổ điện, dây điện ngoài trời và mặt sàn trơn.
Cách 1: Vòi tưới phun sương
Đây là cách cho cầu vồng giống thật nhất. Chọn buổi sáng sớm hoặc chiều muộn, khi Mặt Trời còn thấp. Đứng quay lưng về phía Mặt Trời, gắn đầu phun sương hoặc bịt bớt đầu vòi bằng ngón tay để nước phun thành màn bụi mịn, phun về phía trước mặt, hơi hướng lên. Cầu vồng sẽ hiện ra trong màn sương, có tâm ở hướng bóng đầu của bạn.
Vì sao hiệu quả: mỗi giọt nước nhỏ hoạt động như một giọt mưa, phản xạ và tách màu ánh nắng ở góc khoảng 42 độ. Giọt càng mịn và đều, màn sương càng dày, cầu vồng càng rõ. Nếu Mặt Trời cao giữa trưa, cầu vồng sẽ nằm quá thấp, gần dưới chân, khó thấy.
Cách 2: Cốc nước trên bậu cửa sổ
Đặt một cốc thuỷ tinh trong, thành thẳng, đầy nước, lên bậu cửa sổ có nắng chiếu xiên. Đặt tờ giấy trắng trên sàn hoặc trên bàn ở phía bóng cốc. Xoay cốc, dịch tờ giấy cho tới khi thấy một dải màu nhỏ hiện ra. Phòng càng tối, dải màu càng nổi.
Ở đây khối nước trong cốc đóng vai trò lăng kính: ánh nắng đi vào mặt nước, bị bẻ hướng hai lần và tách màu. Cách này cho dải quang phổ thẳng chứ không cong như cầu vồng, nhưng thứ tự đỏ đến tím y hệt.
Cách 3: Gương trong chậu nước
Đổ nước vào một chậu nông hoặc khay, nghiêng một chiếc gương nhỏ ngâm một nửa trong nước. Để nắng chiếu vào phần gương dưới nước, hoặc dùng đèn pin chiếu vào trong phòng tối. Ánh sáng đi qua lớp nước, phản xạ trên gương, lại đi qua nước lần nữa rồi hắt lên tường hay trần nhà thành một dải màu. Chỉnh góc gương cho tới khi dải màu đẹp nhất.
Lớp nước giữa mặt nước và mặt gương tạo thành một lăng kính hình nêm. Nếu khuấy nhẹ mặt nước, dải màu rung rinh, có thể quan sát thêm cách sóng nước làm méo ánh sáng.
Cách 4: Đĩa CD hoặc DVD
Lấy một đĩa CD cũ, mặt không in nhãn, đưa ra ánh nắng hoặc chiếu đèn pin vào rồi nghiêng đĩa để hắt ánh sáng lên tường trắng. Bạn sẽ thấy nhiều dải màu, thường thành từng cặp hoặc lặp lại.
Điểm cần hiểu: cơ chế ở đây không phải khúc xạ như giọt mưa, mà là nhiễu xạ. Mặt đĩa có những rãnh xoắn rất sít nhau, mỗi vòng cách nhau khoảng 1,6 micromet với CD. Ánh sáng gặp các rãnh này bị tách theo bước sóng. Vì vậy màu từ đĩa CD rực và tách bạch hơn, nhưng thứ tự lặp lại nhiều lần, khác với cầu vồng thật.
Cách 5: Lăng kính và đèn pin trong phòng tối
Lăng kính tam giác bằng thuỷ tinh hoặc nhựa trong có bán ở cửa hàng đồ dùng học tập. Trong phòng tối, dán băng dính đen che mặt đèn pin, chỉ chừa một khe hẹp. Chiếu khe sáng vào một mặt lăng kính, xoay lăng kính cho tới khi ánh sáng ló ra mặt kia thành dải màu hắt lên giấy. Đèn pin càng trắng thì dải màu càng đủ.
Đây là phiên bản thu nhỏ thí nghiệm Newton làm khoảng năm 1666. Một lưu ý thú vị: đèn LED trắng giá rẻ đôi khi cho dải màu thiếu đỏ hoặc có vệt lam rất mạnh, vì nhiều loại LED trắng thực chất là LED xanh lam phủ chất phát quang vàng. Thử với ánh nắng, đèn LED và đèn sợi đốt (nếu còn) để so sánh.
So sánh nhanh năm cách
| Cách | Cần gì | Kết quả | Cơ chế |
|---|---|---|---|
| Vòi phun sương | Nắng thấp, vòi nước | Vòng cung như thật | Khúc xạ và phản xạ trong giọt nước |
| Cốc nước | Cốc trong, nắng xiên, giấy trắng | Dải màu thẳng, nhỏ | Khúc xạ |
| Gương trong chậu | Gương, khay nước, nắng hoặc đèn pin | Dải màu trên tường | Khúc xạ qua nêm nước |
| Đĩa CD | Đĩa cũ, đèn pin | Nhiều dải màu rực | Nhiễu xạ |
| Lăng kính | Lăng kính, đèn pin, phòng tối | Quang phổ rõ nhất | Khúc xạ |
Góc nhìn hôm nay: biến thí nghiệm thành bài học
Sau khi tạo được dải màu, có thể hỏi thêm vài câu để học sâu hơn: màu nào luôn ở cạnh nào, vì sao cầu vồng từ vòi nước cong còn từ cốc nước thì thẳng, vì sao đĩa CD cho màu lặp lại. Ghi lại bằng ảnh và so sánh với hình quang phổ trong sách Vật lý. Với trẻ lớn, có thể đặt kính lọc màu (giấy bóng kính đỏ, xanh) trước đèn pin để thấy dải màu bị cắt mất những phần nào, mở đường cho hiểu biết về cách kính lọc hoạt động.
Nhiều trung tâm khoa học và bảo tàng có góc thí nghiệm quang học cho học sinh. Sách Vật lý lớp 12, chương tán sắc ánh sáng, là nơi đối chiếu kiến thức chuẩn.
Câu hỏi thường gặp
Làm cầu vồng bằng cốc nước như thế nào?
Đặt cốc thuỷ tinh trong, đầy nước lên bậu cửa sổ có nắng chiếu xiên, đặt giấy trắng ở phía bóng cốc và xoay cốc tới khi thấy dải màu. Phòng tối giúp dải màu rõ hơn.
Vì sao phải quay lưng về phía Mặt Trời khi phun nước tạo cầu vồng?
Vì cầu vồng luôn xuất hiện ở phía đối diện Mặt Trời, quanh hướng bóng đầu người xem. Quay mặt về phía Mặt Trời sẽ không thấy cầu vồng và còn có thể hại mắt.
Màu trên đĩa CD có phải cầu vồng không?
Không hẳn. Đĩa CD tách màu bằng nhiễu xạ trên các rãnh nhỏ, nên dải màu lặp lại nhiều lần. Cầu vồng thật do khúc xạ và phản xạ trong giọt nước.
Có nên dùng bút laser để làm cầu vồng không?
Không nên. Laser chỉ có một màu nên không tách được thành dải màu, lại có thể gây hại cho mắt nếu chiếu nhầm. Hãy dùng ánh nắng hoặc đèn pin trắng.