ธรรมชาติของแสง

ศูนยว์ ิทยาศาสตรเ์ พ่อื การศกึ ษาพษิ ณโุ ลก Phitsanulok Science Center For Education Nature of light ธรรมชาติของแสง

แสงคืออะไร? แสง (Light) คือ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Wave) ชนิดหนึ่ง ซึ่งมีความยาวคลืน่ (Wavelength) อยู่ในช่วงที่มนุษย์ สามารถรับรู้ได้ผ่านดวงตาหรือที่เรียกว่า “แสงที่ตามองเห็น” (VisibleLight) โดยนับเป็นส่วนหนึ่งของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ อยู่ในชว่ งความยาวคลื่น 400 – 700 นาโนเมตร

คณุ สมบัติของแสง แสงมีคุณสมบัติที่ค่อนข้างสลับซับซ้อน เนื่องจากมีลักษณะเป็นเหมือนท้ังคลื่นและอนุภาค ซึ่งในทางฟิสิกส์ แสง หมายถึง รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Radiation) ในทุกช่วงความ ยาวคลื่น แม้จะอยู่ในช่วงที่สายตาของมนุษย์ไม่สามารถมองเห็นได้ แสงมีอนุภาคที่เรียกว่า “โฟตอน” (Photon) เป็นอนุภาคที่สามารถเคลื่อนที่ได้ด้วยอัตราเร็วคงที่ ซึ่งอยู่ที่ราว 300,000,000 เมตรต่อวินาที โดยไม่จาเป็นต้องมีสื่อหรืออาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ใด ๆ (Medium) อย่างเช่นแสงจากดวงอาทิตย์ที่เดินทางผ่านอวกาศหรือภาวะสุญญากาศเป็น ระยะทาง 150 ล้านกโิ ลเมตร โดยใชเ้ วลา ราว 8.3 นาทีในการเดินทางมายงั โลก

แหลง่ กำเนิดของแสงบนโลก แบ่งออกเป็น 3 แหล่ง แหลง่ กาเนิดตามธรรมชาติ แสงจากสิ่งมีชวี ิต แสงจากสิง่ ประดิษฐข์ องมนษุ ย์

แหลง่ กำเนิดของแสงบนโลก แหล่งกาเนิดตามธรรมชาติ คือ ดวงอาทิตย์ ดาวฤกษ์ดวงอื่น ๆ และปรากฏการณ์ฟ้าแลบฟ้าผ่า โดยแสงจากดวงอาทิตยถ์ อื เปน็ แหล่งกาเนิดแสงที่ใหญท่ ีส่ ุดของโลก

แหลง่ กำเนิดของแสงบนโลก แสงจากสิ่งมชี ีวติ การเรืองแสงของสัตว์บางชนิด เช่น การมีแสงสว่างในตัวเองของหิง่ ห้อย ปลาน้าลึกบางชนิด และแพลงกต์ อนในทะเล

แหลง่ กำเนิดของแสงบนโลก แสงจากสิง่ ประดิษฐ์ของมนษุ ย์ หลอดไฟ ตะเกียง เทียนไข และแสงที่เกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิง ประเภทต่าง ๆ เชน่ ถา่ น ฟืน และนา้ มัน

สเปกตรัม (Spectrum) คลื่นหรือแสงที่ดวงตามมนุษย์สามารถมองเห็นและรับรู้ได้น้ัน นับเป็นเพียง ช่วงสั้น ๆ ของแถบคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมด ดังนั้น จึงมีคลื่นอีกมากมายที่ มนุษย์ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า และถึงแม้จะมีบางช่วงความยาวคลื่นที่ มนุษย์อาจรับรู้ด้วยประสาทสัมผัสอื่น ๆ อย่างเช่น การที่ผิวหนังรับรู้ได้ถึงความ ร้อน เมือ่ สัมผัสกับรังสีอินฟราเรด (Infrared Radiation) หรือรังสีอัลตราไวโอเลต (Ultraviolet Radiation) เปน็ ตน้

สีของแสง แสงจากดวงอาทิตย์เป็นแสงขาว (White Light) ซึง่ ในทางวิทยาศาสตร์ สามารถ ใช้ปริซึม (Prism) แยกองค์ประกอบของแสงขาวออกจากกันได้ โดยสามารถแบ่ง ออกเป็นแถบสีต่าง ๆ ท้ังหมด 7 สี เรียงชิดติดกันหรือที่เรียกแถบสีเหล่านี้ว่า “สเปกตรัม” (Spectrum) โดยในธรรมชาติ สสารที่มีคุณสมบัติคล้ายคลึงปริซึม คือ หยดน้า เม็ดฝน ละออง และไอน้าต่าง ๆ ซึ่งหลังฝนตกเมื่อแสงแดดส่อง กระทบหยดน้าฝนเหล่านี้ เราสามารถมองเห็นแสงแดดเปน็ แถบสีทั้ง 7 สี ปรากฏ ขึน้ บนท้องฟา้ หรือทีเ่ ราเรียกกันว่า “ร้งุ กนิ น้า” น่นั เอง

สีของแสง นอกจากนี้ การที่มนุษย์เรามองเห็นสีต่าง ๆ บนวัตถนุ ั้น เปน็ ผลที่เกิดจากการผสม ของแสงสีต่าง ๆ เช่น แสงขาวอาจเกิดจากการรวมกันของแสงเพียง 3 สี ได้แก่ แสงสีเขียว (Green: 1) แสงสีน้าเงิน (Blue: 2) และแสงสีแดง (Red: 3) หรือที่ เรียกว่า “สีปฐมภูมิ” (Primary Colors) และหากนาแสงที่เกิดจากการผสมกันของ สีปฐมภูมิ 2 สีมารวมกัน จึงเกิดเปน็ “สีทุติยภูมิ” (Secondary Colors) ได้แก่ แสง สีคราม (Cyan: 4) แสงสีเหลือง (Yellow: 5) และแสงสีม่วงแดง (Magenta: 6) โดย ที่สีทุติยภูมิแต่ละสีจะมีความแตกต่างกันในระดับความเข้มสีและความสว่างของ แสงอีกด้วย

สมบตั ิและพฤติกรรมของแสง การสะทอ้ น (reflection) พฤติกรรมของแสงที่ส่องไปกระทบผิวตัวกลางที่มีลักษณะแตกต่างกันและ สะท้อนกลบั ออกมา นบั เปน็ การเคลือ่ นที่ของแสงจากตัวกลางต่างชนิด ซึ่งเมื่อแสง ตกกระทบกับพื้นผิวสัมผัสของตัวกลางใด ๆ ปริมาณและทิศทางของการสะท้อน ของแสงจึงขึ้นอยกู่ บั ธรรมชาติของพื้นผวิ สัมผัสของตัวกลางน้นั ๆ

สมบตั ิและพฤติกรรมของแสง การหกั เห (Refraction) พฤตกิ รรมของแสงทีส่ ่องผา่ นตวั กลางที่มีลักษณะโปร่งใส เช่น อากาศ แก้ว น้า และพลาสติกใส ส่งผลให้แสงหักเหออกจากแนวทางการเคลื่อนที่ด้ังเดิม รวมถึง ความเร็วเคลื่อนที่ซึง่ อาจเปลีย่ นแปลงไป โดยเฉพาะเมื่อแสงเคลื่อนที่ผ่านตัวกลาง ต่างชนิดกัน อย่างเช่น การเคลื่อนที่ของแสงในน้า ซึ่งส่งผลต่อทั้งความเร็วและ ทิศทางในการเคลื่อนทีห่ รือการหักเหของแสง

สมบตั ิและพฤติกรรมของแสง การกระจาย (Dispersion) พฤติกรรมของแสงเมื่อตกกระทบถูกพื้นผิวของตัวกลาง ก่อนเกิดการหักเห ซึ่ง ส่งผลใหแ้ สงทีม่ คี วามยาวคลน่ื หรือความถ่ีต่าง ๆ กระจายออกเป็นแถบสี เช่น การ กระจายของแสงสีขาวเมื่อส่องกระทบปริซึม แล้วเกิดเป็นแถบสีหรือสเปกตรัม นั่นเอง

สมบตั ิและพฤติกรรมของแสง การดูดกลืน (Absorbtion) พฤติกรรมของแสงที่ส่องไปกระทบตัวกลางหรือวัตถุ ก่อนแสงบางส่วน จะถูก ดูดกลืนหายเข้าไปในตัวกลาง ซึ่งแสงที่ดูดกลืนเหล่านั้น จะมีพลังงานบางส่วนสูญ หายไปในรูปของพลงั งานความรอ้ น ขณะที่แสงในช่วงความยาวคล่นื ที่สามารถส่อง ผ่านวัตถุหรือตัวกลางดังกล่าว จะแสดงเฉพาะความยาวคลื่นของแสงที่ไม่ถูกดูด ซบั กลายเปน็ สีของวตั ถทุ ี่เรามองเหน็ น่ันเอง

สมบัติและพฤติกรรมของแสง การทะลผุ า่ น (Transmission) พฤติกรรมของแสงที่เคลื่อนที่พุ่งชนตัวกลาง ก่อนทะลุผ่านออกไปอีกด้านหน่ึง โดยที่ความถ่ีไม่มีการเปลี่ยนแปลงใด ๆ วัตถุที่มีคุณสมบัติให้แสงทะลุผ่านได้ เช่น กระจก ผลึกคริสตลั พลาสติกใส นา้ และของเหลวตา่ ง ๆ การแทรกสอด (Interference) พฤติกรรมการรวมกันของแสง 2 ลา หรือ 2 ขบวนเคลื่อนที่เข้าหากัน เมื่อแสง ทั้ง 2 ลา มีแหล่งกาเนิดที่ก่อให้คลื่นแสงความถ่ีเดียวกันและความยาวคลื่นเท่ากัน เมื่อรวมตัวเข้าหากัน สามารถส่งผลให้แสงมีความสว่างมากยิ่งขึ้น ขณะที่ใน ทางตรงกันข้าม ความสว่างของแสงสามารถถูกลดทอนให้ต่าลง หากแสงทั้ง 2 ลา เคล่อื นทีห่ กั ล้างกนั เอง

ปรำกฏกำรณจ์ ำกพฤติกรรมของแสง ปรากฏการณ์ภาพลวงตา หรือ “มิราจ” (Mirage) ซึ่งเป็นปรากฏการณ์การหัก เหของแสงในช้ันบรรยากาศ เนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิและความ หนาแน่นของช้ันอากาศที่แสงเดินทางผ่าน อย่างในบริเวณพื้นทะเลทรายหรือ พืน้ ผวิ ถนนทีถ่ กู แดดร้อนจัด สง่ ผลให้อากาศเหนือพื้นทรายหรือพื้นถนนมีอุณหภูมิ สูงกว่าช้ันอากาศโดยรอบ เมื่อแสงเดินทางผ่าน ความแตกต่างของอุณหภูมิส่งผล ต่อความหนาแน่นของอากาศหรือตัวกลาง ทาให้แสงเกิดการหักเห สะท้อนให้เห็น ภาพลวงตาดังกล่าว

ปรำกฏกำรณ์จำกพฤติกรรมของแสง ปรากฏการณ์พระอาทิตย์ทรงกลด (Halo) ซึ่งนับเป็นปรากฏการณ์ที่มีลักษณะ คล้ายคลึงกับรุ้งกินน้า ซึ่งเกิดจากการเรียงตัวกนั ของผลึกน้าแข็งภายในก้อนเมฆที่อยู่ รอบดวงอาทิต์ย์ เมื่อแสงส่องลงมาตกกระทบผลึกน้าแข็งเหล่านี้ จึงเกิดการหักเห และการสะท้อนกลับ เกิดเป็นลาแสงพุ่งออกสู่อากาศภายนอก ปรากฏเป็นแถบสี สเปกตรมั ของเส้นรอบวงลอ้ มรอบดวงอาทิตยห์ รือพระอาทิตย์ทรงกลดนัน่ เอง

อำ้ งอิง NATIONAL GEOGRAPHIC ฉบับภาษาไทย : แสง และสมบัตขิ องแสง https://ngthai.com/science/31390/light-and-properties/?fbclid=IwAR0tXFH- gicwsCj_y-0BbE7w80V4phaPSQqcM1JdjY0Pkx7zwR8Cagg2Ecc ศูนย์การเรียนรู้วิทยาศาสตรโ์ ลกและดาราศาสตร์ (LESA) สืบคน้ : http://www.lesa.biz/astronomy/light/em-waves

THANK YOU