แสง123

คานาหนังสอื เลม่ นเี้ ปน็ ส่วนหนงึ่ ของรายวชิ าวทิ ยาศาสตร์ มเี นอ้ื หาเกยี่ วกบัเรอื่ งแสง มวี ตั ถปุ ระสงคจ์ ดั ทาขนึ้ เพอ่ื ใหผ้ ้ทู ส่ี นใจศกึ ษา ไดศ้ กึ ษาเกย่ี วกบัเรอ่ื งแสง สี และการซงึ่ ผจู้ ดั ทาไดจ้ ดั ทาเนอื้ หาไวใ้ นรายงานทงั้ หมดผจู้ ดั ทาหวงั เปน็ อยา่ งยิง่ วา่ รายงานเลม่ น้จี ะเปน็ ประโยชนต์ อ่ ผู้ทสี่ นใจจะศกึ ษาเปน็ อยา่ งยงิ่ หากรายงานเลม่ นผี้ ดิ พลาดประการใด ผจู้ ดั ทากข็ ออภยัมา ณโอกาสนี้

แสงแสงเป็นพลังงานรปู หนึ่ง เดนิ ทางในรปู เคลอ่ื นทีม่ อี ตั ราเร็วสูง ส่ิงมชี ีวติ สว่ นใหญ่บนโลกไมส่ ามารถดารงอยู่ไดโ้ ดยไม่มแี สง แหล่งกาเนดิ แสงทสี่ าคญั ที่สดุ ของเราคือดวงอาทิตย์ อย่างไรกต็ าม เราสามารถผลติ แสงไดเ้ องเชน่ กนั โดยใช้ไฟฟ้าลาแสงถา้ ลาแสงผา่ นควนั หรอื ฝุน่ ละออง จะเหน็ ลาแสงน้ีเปน็ เสน้ ตรงด้วยอตั ราเร็ว 300,000 กิโลเมตรต่อวนิ าที แสงสามารถผา่ นวตั ถบุ างชนิดได้ แตแ่ สงไม่สามารถผ่านวตั ถทุ บึ แสงได้ เชน่ แผน่ เหลก็ ผนังคอนกรีต กระดาษหนาๆ เป็นตน้ วตั ถุทบึ แสงจะสะท้อนแสงบางสว่ นและดูดกลนื แสงไวบ้ างสว่ น และเกิดเงาได้เมื่อใช้วัตถุแสงกนั้ ลาแสงไว้ วตั ถโุ ปรง่ ใส หมายถึง วัตถทุ ี่ยอมใหแ้ สงเคลอ่ื นที่เปน็ ตรงเส้นผ่านไปได้ เช่น อากาศ นา้ เป็นตน้ เราสามารถมองผา่ นวัตถุโปรง่ ใส เหน็ สง่ิ ตา่ งๆได้ แสงสามารถผา่ นวตั ถโุ ปรง่ ใสได้ เชน่ กระจกฝา้ กระดาษฝา้ พลาสติกฝ้า วัตถุเหลา่ นี้ จะกระจายแสงออกไปโดยรอบ ทาให้แสงเคลอ่ื นทไี่ ม่เปน็ เสน้ ตรงเมื่อเคลือ่ นทผ่ี ่านวัตถโุ ปรง่ แสง

สขี องแสง

เราอาจใชแ้ สงเพยี ง 3 สรี วมกันเป็นแสงขาวได้ เรยี กว่า สปี ฐมภมู ิ(primarycolours) ไดแ้ ก่ แสงสนี ้าเงนิ แสงสเี ขยี ว และแสงสแี ดง เมือ่ มีปฐมภมู ิท้ัง 3 นรี้ วมกันจะไดแ้ สงขาว ถ้านาแสงสปี ฐมภมู ิ 2 สี มารวมกันจะได้ สีทตุ ยิ ภูมิ(secondary colours) ซงึ่ แสงของสีทจี่ ะไดจ้ ากการผสมสีทตุ ยิ ภมู จิ ะมคี วามแตกตา่ งกนัในระดับความเขม้ สแี ละความสวา่ งของแสง

เรามองเห็นวตั ถุโปรง่ แสงดว้ ยตังเองไม่ได้เพราะมีแสงสอ่ งมากระทบและสะทอ้ นจากวตั ถนุ ้นั เขา้ สู่นยั นต์ าของเราและสีของวัตถกุ ็ข้นึ อยู่กับคณุ ภาพของแสงทีส่ ะท้อนนน้ัดว้ ย โดยวตั ถสุ ีน้าเงนิ จะสะท้อนออกไปมากทส่ี ุด สะทอ้ นแสงสีคา้ งเคียงออกไปบา้ งเลก็ น้อย และดูดกลนื แสงสอี ่ืนๆ ไว้หมด สว่ นวัตถสุ แี ดงจะสะท้อนแสงสีแดงออกไปมากทส่ี ดุ มีสีขา้ งเคียงสะทอ้ นออกไปเลก็ นอ้ ยและดูดกลืนแสงสอี ่ืนๆ ไวห้ มดสาหรับสดี าจะดูดกลนื ทุกแสงสแี ละสะท้อนกลับไดเ้ พยี งเล็กน้อยเทา่ นนั้การเคลอื่ นทขี่ องแสงแสงท่ีออกมาจากแหลง่ กาเนิดแสง เมอื่ เดินทางผา่ นตัวกลางทีม่ คี วามหนาแน่ต่างกนัจะเกดิ การหกั เห แตจ่ ะผ่านเป็นเส้นตรงเมอ่ื เดนิ ผ่านตวั กลางท่ีมคี วามหนาแนน่ เทา่ กันหรอื เปน็ ตวั กลางชนิดเดียวกนั เลนส์และปริซึมเปน็ อปุ กรณ์ท่ที าให้เกดิ การเบี่ยงเบนของลาแสงที่สอ่ งผ่าน ตา่ งกันตรงทีป่ ริซึมสามารถแยกลาแสงที่ส่องผ่านออกเป็นแสงสีต่างๆ ตามองค์ประกอบของแสงน้นั ๆ หรอื ท่ีเรียกว่า สเปกตรมั (spectrum)

การหกั เหของแสงแสงเมือ่ เดนิ ทางจากตวั กลางหนง่ึ ไปยังตัวกลางอีกชนิดหนงึ่ ที่เปน็ ตัวกลางโปรง่ ใสและมคี วามหนาแน่นไม่เท่ากนั ความเร็วในการเดนิ ทางของแสงจะเปลยี่ นไป เมอ่ื แสงเดินทางจากตัวกลางทมี่ คี วามหนาแน่นมากไปสู่ตวั กลางท่ีมีความหนาแนน่ นอ้ ย แสงจะหักเหออกจากเส้นปกติ ถ้าแสงเดนิ ทางจากตัวกลางท่มี คี วามหนาแนน่ มากไปหาตัวกลางท่ีมคี วามหนาแน่นนอ้ ยแสงจะหกั เหออกจาเส้นปกติ ดงั นน้ั แสงเมอ่ื เดนิ ทางในตัวกลางทม่ี คี วามหนาแน่นมาก ความเรว็ ของแสงจะลดลง จึงทาให้ลาแสงเบนไปจากแนวเดมิ เรยี กว่า แสงเกดิ การหกั เห



แสงเมื่อเดินทางตกกระทบผิวหนา้ ของวตั ถอุ นั หนึง่ เชน่ แสงเดนิ ทางจากอากาศมากระทบแก้วโปรง่ ใส แสงส่วนหนงึ่ จะสะทอ้ นกลับ อีกสว่ นหนงึ่ จะเดนิ ทางผ่านเข้าไปในแกว้ และแสงจะหกั เหเข้าหาเสน้ ปกติ เมอ่ื แสงเดนิ ทางออกจากแกว้ มาสอู่ ากาศ แสงจะหักเหออกจากเส้นปกติ ลาแสงกอ่ นตกกระทบแกว้ และลาแสงที่ออกจากแกว้ จงึ มีลักษณะขนานกัน เมอ่ื จุม่ หลอดดูดลงไปในนา้ ท่บี รรจุอยูใ่ นถว้ ยแกว้ จงึ มองดูเหมือนกบั ว่าหลอดดดู ส่วนทจี่ มอยใู่ นน้าโค้งงอ มขี นาดใหญก่ วา่ ส่วนที่อยูเ่ หนือน้า และปลาย ล่างสุดของหลอดดดู สงู ขึ้นมากันแก้วทเ่ี ป็นเชน่ นเี้ พราะแสงจากหลอดดดู เกิดการหักเห ขณะเดินทางผา่ นนา้ ผา่ นแกว้ และผ่านอากาศมาเข้าตาของเรา การหักเหของแสงทาใหเ้ รามองเหน็ ภาพของวัตถุอันหนงึ่ ท่จี มอยกู่ น้ สระน้าอยตู่ ้ืน

กว่า ความเปน็ จริง ทีเ่ ปน็ เชน่ นก้ี ็เพราะแสงจากก้นสระวา่ ยนา้ จะหกั เหเมือ่ เดินทางจากน้าสอู่ ากาศ ทั้งน้ีเพราะความเรว็ ของแสงท่ีเดนิ ทางในอากาศเรว็ กว่าเดินทางในน้า จึงทาให้แสงช่วงท่ีออกจากนา้ สอู่ ากาศหกั เหออกจากเส้นปกติ จงึ ทาให้เหน็ ภาพของวตั ถอุ ยูต่ ื้นกว่าความเป็นจรงิการสะทอ้ นแสงแสงที่เดินทางจากตัวกลางที่โปรง่ แสงไปสตู่ ัวกลางท่ีโปร่งใส เช่น จากแก้วไปสู่อากาศ ถ้ามมุ ตกกระทบน้อย กว่า 42 องศา แสงบางส่วนจะสะท้อนกลับและบางสว่ นจะทะลอุ อกอากาศ แตถ่ า้ ทีม่ มุ แก้วตกกระทบแกว้ กบั 42 องศา แสงจะสะทอ้ นกลับคนื สแู่ ก้วหมดไมม่ แี สงออกจากอากาศเลย ลกั ษณะเชน่ น้ีเรียกวา่ การสะทอ้ นกลบัหมด น้นั คือ รอยต่อแกว้ กับอากาศทาหนา้ ทเ่ี สมือนการตกกระทบท่ีจะทาใหแ้ สงสะทอ้ นกลับหมด ซ่งึ จะมีค่าแตกตา่ งกนั ไปขึ้นอยกู่ บั ชนิดของตวั กลาง

เมอื่ แสงตกกระทบวัตถุ แสงบ่างส่วนจะสะทอ้ นจากวตั ถุ ถา้ แสงสะท้อนจากวตั ถเุ ขา้ สู่นยั นต์ าจะเกิดการมองเหน็ และรับรเู้ กี่ยวกบั วตั ถนุ ัน้ ได้กฎการสะทอ้ น ดังนี้ 1. รังสตี กกระทบ เส้นปกติ และรงั สีสะท้อนอยู่ในระนาบเดียวกัน 2. มุมตกกระทบเทา่ กับมมุ สะทอ้ น

เมื่อแสงตกกระทบวัตถุผิวเรียบเกิดการสะท้อนของแสงอย่างเปน็ ระเบียบ แตถ่ ้าแสงตกกระทบพ้นื ผวิ ขรขุ ระ แสงสะทอ้ นจะสะท้อนอยา่ งกระจดั กระจายมมุ วกิ ฤต (criticsl angle) เปน็ มมุ ตกกระทบค่าหนง่ึ ทาให้เกิดมมุ หกั เหมคี า่เป็น 90 องศา มมุ วกิ ฤตจะเกดิ ขนึ้ ไดเ้ มือ่ รังสตี กกระทบผา่ นตัวกลางที่มคี วามหนาแนน่มากไปยงั ตัวกลางทม่ี คี วามหนาแนน่ น้อยกว่า เช่น เม่อื แสงผา่ นแก้วสู่อากาศดว้ ยมุมวิกฤต จะทาใหแ้ นวรังสีหักเหทบั อย่บู นรอยตอ่ ของตวั กลางทงั้ สองการสะทอ้ นกลบั หมด (total reflection) เกดิ จากการเดนิ ทางของแสงจากตัวกลางท่มี ีความหนาแนน่ มากกว่าไปยงั ตวั กลางท่ีมคี วามหนาแนน่ นอ้ ยกว่า เมอ่ื แสงเคล่ือนทถี่ งึรอยต่อระหว่างตวั กลางจะเกิดการสะทอ้ นกลับสูต่ รงกลางเดิม การสะทอ้ นกลับหมดจะเกิดข้นึ เมอ่ื มมุ ตกกระทบมคี า่ มากกวา่ มุมวิกฤต ทาใหล้ าแสงไม่หกั เหเข้าไปในตวั กลางท่ีมีความหนาแนน่ น้อยกวา่ แต่เกดิ การสะท้อนกลบั หมดแทน เชน่ การสะท้อนกลบัหมดของแสงในเส้นใยนาแสงในการแสดงดนตรบี นเวทีมริ าจ (mirage) หรอื ภาพลวงตา เปน็ ปรากฏการณ์ซึ่งเกิดจากการหักเหของแสงเนือ่ งจากช้ันของอากาศทแ่ี สงเดมิ ทางผ่านมอี ณุ หภมู ิต่างกนั แลว้ เกดิ การสะท้อนกลบัหมด เชน่

- การมองเห็นต้นไมก้ ลบั หัว - การมองเหน็ เหมอื นมนี ้าหรือนา้ มนั นองพ้นื ถนน ในวันทม่ี ีอากาศรอ้ นจดั - การมองเห็นภาพบิดเบย้ี ว เนอ่ื งจากไอของความร้อนขยายตวั ลอยสงู ขึ้นจากผวิ ถนน