Lựa chọn đèn xe trắng hay vàng?

TRẮNG hay VÀNG???

Tại sao khi lưu thông trong điều kiện thời tiết mưa hay nhiều sương mù, đèn xe với ánh sáng màu vàng sẽ tốt hơn màu trắng? Cụ thể đèn với CCT thấp từ 2700K- 3000K, sẽ cho khả năng quan sát tốt hơn màu có CCT cao. Màu càng trắng (5000-6000K) hay càng xanh (8000K) sẽ trở nên rất lóa.

Câu trả lời chung của anh em, đều là do màu vàng sẽ bắt đường và phá sương tốt hơn. Tuy nhiên khi đi sâu giải thích điều này thì có rất nhiều ý kiến khác nhau được đưa ra.

Có những câu hỏi tưởng như rất hiển nhiên như tại sao bầu trời có màu xanh, nhưng cũng không hề dễ dàng để đưa ra một câu trả lời ngay lập tức. Hãy cùng LED T2 đi tìm câu trả lời!

(Bài viết do ledt2.com tự biên soạn, các website khác lấy bài vui lòng ghi rõ nguồn.)  

Có hai nguyên nhân chính là nguồn gốc để giải thích cho hiện tượng này:
+ Phía khách quan thuần túy thuộc về khoa học, cụ thể ở đây là Vật lý với hiện tượng tán xạ ánh sáng.
+ Phía chủ quan: do cấu trúc võng mạc của chúng ta. 

Tán xạ ánh sáng:

Bản chất của ánh sáng hay sóng điện từ là lưỡng tính sóng hạt, nhưng để đơn giản hầu hết đều được nhìn nhận dưới dạng đơn tính trong từng trường hợp cụ thể.

Đầu tiên và cũng là quan trọng nhất trong toàn bộ bài viết, chúng ta cần hiểu rõ về tán xạ Rayleigh (Rayleigh Scattering). (Anh em tham khảo thêm tại: Tiếng Việt, Tiếng Anh).

Thực ra đi sâu vào chi tiết chúng ta cần quan tâm đến cả tán xạ Mie (Mie Scattering), nhưng lí thuyết về loại tán xạ này chủ yếu áp dụng ở tầm vĩ mô và khá phức tạp. Mô hình đang tìm hiểu của chúng ta là môi trường với độ dày chưa tới 200m (cực mỏng so với khí quyển), sự khác biệt giữa tán xạ Rayleigh và Mie là không nhiều. 

Do không muốn bài viết quá nặng về tính học thuật, nên mình chỉ viện dẫn các hệ quả vật lý là chủ yếu. 

- Tán xạ Rayleigh (gọi tên theo nhà vật lý Lord Rayleigh) là một loại tán xạ ánh sáng (hay sóng điện từ nói chung) bởi các hạt hay các vùng không đồng nhất trong môi trường có kích thước rất nhỏ hơn so với bước sóng của ánh sáng.​ (Wikipedia)
- Hệ số tán xạ cho biết tỷ lệ số photon bị lệch hướng bay trong tổng số photon ban đầu, khi tia sáng đi qua một đơn vị đo chiều dài. Nghĩa là hệ số tán xạ càng lớn thì ánh sáng bị tán xạ so với hướng ban đầu càng nhiều.
Hệ số tán xạ k_s, trong tán xạ Rayleigh là:

Hiện tượng chúng ta đang tìm cách giải thích là mưa và sương mù, tựu chung đều là một tập hợp các hạt nước với mật độ dày đặc hơn rất nhiều lần so với bình thường. Vì hệ số tán xạ sẽ tỉ lệ nghịch với bước sóng mũ 4 theo như công thức, nên ta rút ra được một hệ quả quan trọng, phát biểu một cách đơn giản là:

Khi ánh sáng đi qua môi trường (<200m) dày đặc các phân tử nước, nếu ánh sáng có bước sóng càng ngắn thì sẽ bị tán xạ càng mạnh.

 

Như vậy, khi trời sương mù nếu chúng ta chiếu lần lượt ánh sáng vàng và lam, thì ánh sáng vàng với bước sóng dài hơn sẽ ít bị tán xạ trong quá trình di chuyển đến vật thể hơn ánh sáng lam. Ánh sáng khi chạm vào các vật thể sẽ được phản xạ trở lại, và quá trình tán xạ cũng diễn ra như vậy trước khi vào võng mạc của mắt chúng ta. Ánh sáng vàng ít bị tán xạ, nên sẽ cho ta một hình ảnh rõ nét hơn; trong khi ánh sáng lam bị tán xạ nhiều nên số photon trở lại lại võng mạc sẽ ít hơn và không đều, kết quả tổng hợp của các photon này sẽ cho ta một hình ảnh không rõ ràng.

Bản chất, anh sáng trắng là một tập hợp của vô số màu sắc khác nhau, với thị giác chúng ta có thể phân ra thành 7 màu cơ bản. Khi chiếu ánh sáng trắng vào môi trường đầy các phân tử nước như mưa hay sương mù, các màu ấm như đỏ, cam, vàng sẽ xuyên qua và ít bị tán xạ khi trở lại võng mạc; trong khi các màu lạnh như lục, lam, chàm, tím sẽ bị tán xạ rất nhiều; kết quả thị giác của chúng ta sẽ không thể đạt được một hình ảnh chính xác hiển thị trên võng mạc.

Tán xạ Rayleigh chính là nguyên nhân khách quan của vấn đề mà chúng ta đang bàn tới. Góc tán xạ của ánh sáng và hiện tượng hấp thụ ánh sáng của vật thể, cũng là 2 yếu tố tham gia vào hiện tượng này, nhưng do khuôn khổ bài viết mình hẹn anh em trong một bài viết khác.

Cấu trúc võng mạc: 

Võng mạc là phần quan trọng nhất của mắt, đây là điểm giúp mắt tiếp nhận hình ảnh. Có hai loại tế bào hiện diện tại võng mạc là tế báo hình nón và tế bào hình que. Tế bào hình que giúp nhận biết các chuyển động và xử lý hình ảnh trong điều kiện thiếu sáng. Trong khi tế hình nón giúp phân biệt màu sắc vật thể, và đây là loại tế bào chúng ta cần đặc biệt quan tâm. 

Tế bào hình nón hầu như tập trung tại trung tâm võng mạc gọi là hố thị giác. Có 3 loại tế bào nón chính: nón đỏ (red cones), nón xanh lá (green cones) và nón xanh dương (blue cone) với tỉ lệ phần trăm lần lượt là: 64%, 32%, 2%. Tên 3 loại cũng chính là 3 màu sắc mà tế bào đó nhận biết tốt nhất. 

Mặc dù nón xanh dương là tế bào nhạy sáng nhất, nhưng do số lượng quá ít ỏi nên màu đỏ là màu võng mạc cho khả năng nhận diện tốt nhất, đến xanh lá và xanh dương. Với sự pha trộn của màu sắc, chúng ta có thể rút ra kết luận mắt sẽ nhạy sáng với các màu ấm hơn màu lạnh.

Màu trắng là sự tổng hòa của các màu sắc và nó gần với màu lạnh (CCT từ 4000K trở lên), một lần nữa từ những điều này chúng ta sẽ rút ra cùng kết luận như tán xạ Rayleigh ở phần trên. 

-----

Bonus: 

Với sự tìm hiểu thêm về góc tán xạ, chúng ta sẽ giải thích được lí do vì sao đèn phá sương (đèn gầm ô tô, đèn trợ sáng) luôn cần phải được đặt ở tầm thấp nhất.

Ngoài ra với lí thuyết về tán xạ Mei, chúng ta sẽ biết thêm được nguyên nhân nhìn thấy sương mù có màu trắng vào ban ngày. Và với việc trang bị đèn sương mù (lăng téc) màu vàng, sẽ đảm bảo người đối diện có thể phát hiện ra chúng ta được sớm nhất bởi sự khác biệt về màu sắc. 

-----
Nguồn tham khảo: 
- https://www.wikipedia.org/
- http://www.candlepowerforums.com/
- http://www.sciencemadesimple.com/
- http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/