แสง คือการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงความยาวคลื่นที่สายตามนุษย์มองเห็น หรือบางครั้งอาจรวมถึงการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงความยาวคลื่นตั้งแต่รังสีอินฟราเรดถึงรังสีอัลตราไวโอเลตด้วย สมบัติพื้นฐานของแสง (และของการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าทุกช่วงคลื่น)
เรื่องการเกิดภาพจากกระจกและเลนส์ภาพ (image)
เรื่องการเกิดภาพจากกระจกและเลนส์ภาพ (image)
แสงจากดวงอาทิตย์เป็นแสงขาว ซึ่งเราสามารถใช้ปริซึมแยกแสงที่เป็นองค์ประกอบของแสงขาวออกจากกันได้เป็นแถบสีต่างๆ 7 สีเรียงติดกัน เราเรียกแถบสีที่เรียงติดกันนี้ว่า สเปกตรัม
เกิดจากการตัดกันหรือเสมือนตัดกันของรังสีของแสงสะท้อนมาจากกระจกหรือหักเหผ่านเลนส์ แบ่งได้ 2 ประเภท คือ
1. ภาพจริง เกิดจากรังสีของแสงตัดกันจริง เกิดด้านหลังกระจกหรือเลนส์ ต้องมีฉากมารับจึงจะมองเห็นภาพ ลักษณะภาพหัวกลับกับวัตถุ มีทั้งขนาดใหญ่กว่าวัตถุ เท่ากับวัตถุ และเล็กกว่าวัตถุ ซึ่งขนาดภาพจะสัมพันธ์กับระยะวัตถุ เช่น ภาพที่ปรากฏบนจอภาพยนตร์ เป็นต้น
2. ภาพเสมือน เกิดจากรังสีของเสมือนตัดกันทำให้เกิดภาพด้านหน้ากระจกหรือเลนส์ มองเห็นภาพได้โดยไม่ต้องใช้ฉากรับภาพ ภาพมีลักษณะหัวตั้งเหมือนวัตถุ เช่น ภาพเกิดจากแว่นขยาย เป็นต้น
ภาพจากกระจกเงาเกิดจากการสะท้อนของแสงคือ เมื่อแสงจากวัตถุตกกระจกเงา แสงสะท้อนจากกระจกจะพบกัน ทำให้เกิดภาพของวัตถุขึ้น แบ่งออกได้ 2 ลักษณะ ดังนี้
1. ภาพจากกระจกเงาราบ (plan mirror) เมื่อคนยืนหรือวางวัตถุไว้หน้ากระจกเงาราบ ภาพที่เกิดขึ้นในกระจกเงาราบจะเป็นภาพเสมือนหัวตั้งอยู่หลังกระจก มีระยะวัตถุเท่ากับระยะภาพ และขนาดของวัตถุเท่ากับขนาดของภาพ แต่มีลักษณะกลับด้านกันจากซ้ายเป็นขวาของวัตถุจริง (ภาพที่ 12.16)
2. ภาพจากกระจกเงาผิวโค้ง กระจกผิวโค้งซึ่งเป็นส่วนของวงกลมนั้นมี 2 ชนิด คือ กระจกนูน และกระจกเว้า มีลักษณะการเดินภาพดังภาพที่ 12.17 และ 12.18
กระจกนูนกระจกเว้า
1. กระจายแสง
2. ส่วนสะท้อนแสงอยู่ที่ผิวด้านนอกของทรงกลม
3. ทำหน้าที่กระจายแสง
4. เกิดภาพเสมือนหัวตั้ง ขนากเล็กกว่าวัตถุและภาพกลับข้างจากข้างซ้ายเป็นข้างขวา
5. ถูกนำมาใช้ทำกระจกมองข้างและมองหลังของรถยนต์
1. รวมแสง
2. ส่วนสะท้อนแสงอยู่ที่ผิวด้านในของทรงกลม
3. ทำหน้าที่รวมแสง
4. เกิดภาพได้ทั้งภาพจริงและภาพเสมือน มีทั้งขนาดย่อและขยายขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างวัตถุกับกระจก
5. ถูนำมาประดิษฐ์เป็นอุปกรณ์ให้หมอฟันใช้ส่องดูฟันในปากคนไข้เลนส์ (lens) คือ วัตถุโปร่งใสผิวโค้งด้านหนึ่งหรือโค้งทั้งสองด้าน เมื่อแสงจากวัตถุหักเหผ่านเลนส์ก็จะได้ทำให้เกิดภาพ
จำแนกตามลักษณะได้ 2 ชนิด คือ
เลนส์นูนและเลนส์เว้า (ภาพที่ 12.19)เลนส์นูนเลนส์เว้า- มีลักษณะตรงขอบเลนส์บางกว่าตรงกลางเลนส์- มีผิวด้านโค้งนูนรับแสง- มีหน้าที่รวมแสง- ให้ภาพได้ทั้งภาพจริงและภาพเสมือน-
ประโยชน์ใช้ทำแว่นตาสำหรับคนสายตายาวใช้ทำแว่นขยาย
เป็นส่วนประกอบของกล้อง- มีลักษณะตรงกลางเลนส์บางตรงขอบของเลนส์นอก- มีผิวด้านโค้งเว้ารับแสง- มีหน้าที่กระจายแสง- ให้ภาพเสมือนเท่านั้น-
ประโยชน์ใช้ทำแว่นตาสำหรับคนสายตาสั้นเมื่อนำเลนส์นูนไปรับแสงอาทิตย์ซึ่งเป็นแสงขนานแบบหนึ่ง จะเกิดเป็นจุดสว่างด่านหลังเลนส์เรียกว่า “จุดรวมแสงหรือจุดโฟกัส” โดยระยะห่างจากจุดรวมแสงถึงเลนส์เรียกว่า “ความยาวโฟกัส” เมื่อวางวัตถุไว้ที่ระยะสั้นกว่าความยาวโฟกัสของเลนส์นูน จะเกิดภาพเสมือนขนาดขยาย ซึ่งสามารถนำไปใช้ประโยชน์ในการทำทัศนูปกรณ์ต่าง ๆ ในกรณีของเลนส์เว้าซึ่งเป็นเลนส์กระจายแสงเมื่อนำเลนส์เว้าไปรับแสงขนาน จะพบว่าแสงขานนั้นจะกระจายออกจากจุดจุดหนึ่ง โดยถ้าลากเส้นต่อแนวรังสีที่กระจายออกนั้นให้ยาวขึ้น แนวรังสีนี้จะตัดกันที่จุดดังกล่าวและเรียกจุดนี้ว่า “จุดโฟกัสของเลนส์เว้า”1. แสงมีความเร็วไม่คงที่ ขึ้นอยู่กับลักษณะการเคลื่อนที่2. แสงจะประพฤติตัวเป็นคลื่นเมื่อแสงมีความเร็วใกล้กับความเร็วสัมบูรณ์และจะประพฤติตัวเป็นอณุภาคเมื่อมีความเร็วต่ำหรือกระทบสิ่งกีดขวางที่มีความต้านทานการทะลุทะลวงสูงเช่นโลหะ3. แสงในเอกภพมีความจำกัดในตัวมันเองทั้งพลังงานและความเร็ว4. สมบัติทุกอย่างของแสงมีความสัมพันธ์กับเวลาเป็นสำคัญทั้งสิ้น5. แสงมีความหน่วงในตัวมันเอง ดังนั้นแม้แสงเดินทางไปแล้วไม่กระทบสิ่งกีดขวางย่อมมีการสูญเสียพลังงานและส่งผลให้มีความเร็วต่ำลง
เนื้อหาสาระดังที่ได้เรียนมาแล้วแสง
เนื้อหาสาระดังที่ได้เรียนมาแล้วแสง
เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า สามารถเคลื่อนที่ได้โดยไม่ต้องอาศัยตัวลาง และมีการเคลื่อนที่แนวเส้นตรงในตัวกลางชนิดอื่น ๆ จะเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางแต่ละชนิดด้วยความเร็วไม่เท่ากัน ตัวกลางใดมีความหนาแน่นมากแสงจะเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางนั้นด้วยความเร็วน้อย ถ้าแสงเคลื่อนที่ผ่านไม่ได้ก็เป็นเพราะวัตถุมีการดูดกลืน สะท้อนแสง หรือการแทรกสอดของแสง นั้นคือ คุณสมบัติของแสงที่จะกล่าวในหน่วยนี้การสะท้อนแสง (Reflection)การสะท้อนแสง หมายถึง การที่แสงไปกระทบกับตัวกลางแล้วสะท้อนไปในทิศทางอื่นหรือสะท้อนกลับมาทิศทางเดิมการสะท้อนของแสงนั้นขึ้นอยู่กับพื้นผิวของวัตถุด้วยว่าเรียบหรือหยาบโดยทั่วไปพื้นผิวที่เรียบและมันจะทำให้มุมของแสงที่ตกกระทบมีค่าเท่ากับมุมสะท้อนตำแหน่งที่แสงตกกระทบกับแสงสะท้อนบนพื้นผิวจะเป็นตำแหน่งเดียวกันดังรูปที่
4.1 ก. ลักษณะของวัตถุดังกล่าวเช่น อลูมิเนียมขัดเงาเหล็กชุบโครเมียม ทอง เงินและกระจกเงา เป็นต้น แต่ถ้าหากวัตถุมีผิวหยาบแสงสะท้อนก็จะมีลักษณะกระจายกันดังรูปที่ 4.1 ข. เช่น ผนังฉาบปูนกระดาษขาว โดยทั่วไปวัตถุส่วนใหญ่จะเป็นแบบผสมขึ้นอยู่กับผิวนั้นมีความมันหรือหยาบมากกว่าจะเห็นการสะท้อนแสงได้จากรูป 4.1 ก. และรูปที่ 4.1 ข.
กฎการสะท้อนแสง
1. รังสีตกกระทบ เส้นปกติและรังสีสะท้อนย่อมอยู่บนพื้นระนาบเดียวกัน
2. มุมในการตกกระทบย่อมโตเท่ากับมุมสะท้อนแสดงกฎของการสะท้อนแสงการหักเหของแสง (Refraction)
การหักเห หมายถึง การที่แสงเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลางหนึ่งทำให้แนวลำแสงเกิดการเบี่ยงเบนไปจากแนวเดิม เช่น แสงผ่านจากอากาศไปยังน้ำ
ดังแสดงในรูปรูปแสดงลักษณะการเกิดหักเหของแสงสิ่งที่ควรทราบเกี่ยวกับการหักเหของแสง- ความถี่ของแสงยังคงเท่าเดิม ส่วนความยาวคลื่น และความเร็วของแสงจะไม่เท่าเดิม- ทิศทางการเคลื่อนที่ของแสงจะอยู่ในแนวเดิมถ้าแสงตำตั้งฉากกับผิวรอยต่อของตัวกลางจะไม่อยู่ในแนวเดิม ถ้าแสงไม่ตกตั้งฉากกับผิวรอยต่อของตัวกลางตัวอย่างการใช้ประโยชน์ของการหักเหของแสงเช่น แผ่นปิดหน้าโคมไฟ ซึ่งเป็นกระจกหรือพลาสติก เพื่อบังคับทิศทางของแสงไฟที่ออกจากโคมไปในทิศทางที่ต้องการ จะเห็นว่าแสงจากหลอดไฟจะกระจายไปยังทุกทิศทางรอบหลอดไฟแต่เมื่อผ่านแผ่นปิดหน้าโคมไฟแล้ว แสงจะมีทิศทางเดียวกัน เช่นไฟหน้ารถยนต์ รถมอเตอร์ไซด์ ดังรูปที่แสงที่ผ่านโคมไฟฟ้าหน้ารถยนต์มีทิศทางเดียวกันการกระจายแสง (Diffusion)
การกระจายแสง หมายถึง แสงขาวซึ่งประกอบด้วยแสงหลายความถี่ตกกระทบปริซึมแล้วทำให้เกิดการหักเหของแสง 2 ครั้ง (ที่ผิวรอยต่อของปริซึม ทั้งขาเข้า และขาออก) ทำให้แสงสีต่าง ๆ แยกออกจากกันอย่างเป็นระเบียบเรียงตามความยาวคลื่นและความถี่ ที่เราเรียกว่า สเปกตรัม (Spectrum)รุ้งกินน้ำ เป็นการกระจายของแสง เกิดจากแสงขาวหักเหผ่านผิวของละองน้ำ ทำให้แสงสีต่าง ๆ กระจายออกจากกันแล้วเกิดการสะท้อนกลับหมดที่ผิวด้านหลังของละอองน้ำแล้วหักเหออกสู่อากาศ ทำให้แสงขาวกระจายออกเป็นแสงสีต่าง ๆ กัน แสงจะกระจายตัวออกเมื่อกระทบถูกผิวของตัวกลางเราใช้ประโยชน์จากการกระจายตัวของลำแสง เมื่อกระทบตัวกลางนี้ เช่น ใช้แผ่นพลาสติกใสปิดดวงโคมพื่อลดความจ้าจากหลอดไฟหรือ โคมไฟชนิดปิดแบบต่าง ๆภาพรุ้งกินน้ำการทะลุผ่าน (Transmission)
การทะลุผ่าน หมายถึงการที่แสงพุ่งชนตัวกลางแล้วทะลุผ่านมันออกไปอีกด้านหนึ่ง โดยที่ความถี่ไม่เปลี่ยนแปลงวัตถุที่มีคุณสมบัติการทะลุผ่านได้ เช่น กระจก ผลึกคริสตัล พลาสติกใส น้ำและของเหลวต่าง ๆการดูดกลืน (Absorbtion)
การดูดกลืน หมายถึง การที่แสงถูกดูดกลืนหายเข้าไปในตัวกลางดยทั่วไปเมื่อมีพลังงานแสงถูกดูดกลืนหายเข้าไปในวัตถุใด ๆเช่น เตาอบพลังงานแสงอาทิตย์ เครื่องต้มน้ำพลังงานแสง และยังนำคุณสมบัติของการดูดกลืนแสงมาใช้ในชีวิตประจำวัน เช่น การเลือกสวมใส่เสื้อผ้าสีขาวจะดูดแสงน้อยกว่าสีดำ จะเห็นได้ว่าเวลาใส่เสื้อผ้าสีดำ อยู่กลางแดดจะทำให้ร้อนมากกว่าสีขาวการแทรกสอด (Interference)
การแทรกสอด หมายถึง การที่แนวแสงจำนวน 2 เส้นรวมตัวกันในทิศทางเดียวกัน หรือหักล้างกัน หากเป็นการรวมกัน ของแสงที่มีทิศทางเดียวกัน ก็จะทำให้แสงมีความสว่างมากขึ้น แต่ในทางตรงกันข้ามถ้าหักล้างกัน แสงก็จะสว่างน้อยลด การใช้ประโยชน์จากการสอดแทรกของแสง เช่น กล้องถ่ายรูปเครื่องฉายภาพต่าง ๆ และการลดแสงจากการสะท้อน ส่วนในงานการส่องสว่าง จะใช้ในการสะท้อนจากแผ่นสะท้อนแสงสรุปคุณสมบัติต่าง ๆ ของแสงแต่ละคุณสมบัตินั้น
เราสามารถนำหลักการมาใช้ประโยชน์ได้หลายอย่าง
เช่นคุณสมบัติของการสะท้อนแสงของวัตถุ เรานำมาใช้ในการออกแบบแผ่นสะท้อนแสงของโคมไฟ การหักเหของแสงนำ มาออกแบบแผ่นปิดหน้าโคมไฟ ซึ่งเป็นกระจก หรือพลาสติกเพื่อบังคับทิศทางของแสงไฟ ที่ออกจากโคมไปในทิศที่ต้องการ
การกระจายตัวของลำแสงเมื่อกระทบตัวกลางเรานำมาใช้ประโยชน์ เช่นใช้แผ่นพลาสติกใสปิดดวงโคมเพื่อลดความจ้าจากหลอดไฟ ต่าง ๆ การดูดกลืนแสง เรานำมาทำ เตาอบพลังงานแสงอาทิตย์ครื่องต้มพลังงานแสง และการแทรกสอดของแสง นำมาใช้ประโยชน์ในกล้องถ่ายรูป เครื่องฉายภาพต่าง ๆ จะเห็นว่าคุณสมบัติแสงดังกล่าวก็ได้นำมาใช้ในชีวิตประจำวันของมนุษย์เราทั้งนั้น
