หน่วยที่ 1 แสงและการมองเห็น

หน่วยการเรียนรู้ที่ 1 แสงและการมองเหน็ วชิ าวทิ ยาศาสตรง์ านศิลปะและงานออกแบบ Science for Arts and Design รหสั วชิ า 30000-1309

จุดประสงคก์ ารเรียนรู้ เม่ือศกึ ษาจบบทเรยี นแลว้ นกั ศกึ ษาสามารถ 1. อธิบายความหมายของแสงได้ 2. อธิบายสมบัตขิ องแสงได้ 3. บอกแหล่งกาเนิดแสงได้ 4. อธิบายนิยามของปริมาณ ทางวทิ ยาศาสตรท์ เ่ี กย่ี วข้องกบั แสงได้ 5. คานวณหาค่าความสว่างของแสงได้

จุดประสงคก์ ารเรียนรู้ เม่ือศกึ ษาจบบทเรยี นแลว้ นกั ศกึ ษาสามารถ 6. อธิบายกฎการสะทอ้ นแสงได้ 7. อธิบายกฎการหกั เหแสงได้ 8. อธิบายลักษณะรูปแบบการ หกั เหแสงเมือ่ แสงเดนิ ทางผ่าน ตัวกลางทมี่ คี วามหนาแน่นตา่ งชนิดกนั ได้ 9. อธิบายหลักการกระจายแสง พร้อมทงั้ ยกตวั อยา่ ง ปรากฎการณธ์ รรมชาตทิ เี่ ป็ นการกระจายแสงได้

จุดประสงคก์ ารเรยี นรู้ เม่ือศึกษาจบบทเรยี นแลว้ นกั ศึกษาสามารถ 10. อธิบายลักษณะภาพทเ่ี กดิ จาก การสะทอ้ นจากกระจกเงาราบได้ 11. อธิบายลักษณะและขนาดการ เกดิ ภาพทส่ี ะทอ้ นจากกระจกโค้งนูน ทร่ี ะยะวัตถตุ ่างๆ ได้ 12. อธิบายลักษณะและขนาด การเกดิ ภาพทสี่ ะทอ้ นจากกระจกโค้งเว้าทร่ี ะยะวัตถุตา่ งๆ ได้

จุดประสงคก์ ารเรยี นรู้ เม่ือศึกษาจบบทเรยี นแลว้ นกั ศึกษาสามารถ 13. อธิบายลักษณะเลนสน์ ูนและเลนสเ์ ว้าได้ 14. อธิบายคุณสมบัตเิ ลนสน์ ูนและเลนสเ์ ว้าเกย่ี วกับแสงได้ 15. อธิบายลักษณะและขนาดการเกดิ ภาพทเี่ กดิ จากเลนส์ นูนทรี่ ะยะวัตถุตา่ งๆ ได้ 16. อธิบายลักษณะและ ขนาดการเกดิ ภาพทเี่ กดิ จากเลนสเ์ ว้าทรี่ ะยะวัตถุต่างๆ ได้

จุดประสงคก์ ารเรียนรู้ เม่อื ศกึ ษาจบบทเรยี นแลว้ นกั ศกึ ษาสามารถ 17. บอกองคป์ ระกอบและหน้าท่ี ของส่วนต่างๆ ของนัยนต์ าได้ 18. อธิบายลักษณะการทางาน และความแตกต่างระหว่าง cones cell และ rods cell บนเรตนิ าได้

จุดประสงคก์ ารเรยี นรู้ เม่ือศึกษาจบบทเรยี นแลว้ นกั ศึกษาสามารถ 19. อธิบายสรุปการมองเหน็ ความสว่างและสขี องวัตถไุ ด้ 20. อธิบายองคป์ ระกอบหลักทท่ี าให้ การมองเหน็ มีความชัดเจนแม่นยาได้ 21. อธิบายลักษณะ สาเหตุของความผิดปกติ พร้อมทงั้ บอกวิธีการแก้ไข ทเี่ กดิ กับนัยนต์ าลักษณะต่างๆ ได้

ธรรมชาตขิ องเเสง เเละสมบัตขิ องเเสง แสง คอื พลงั งานรูปหนง่ึ ท่ไี มม่ ีตวั ตน เเสงช่วย ใหเ้ รามองเหน็ ส่งิ ตา่ งๆ เเสงเปล่ยี นมาจากพลงั งานรูป หนง่ึ เเลว้ ยงั เปล่ยี นไปเป็นพลงั งานรูปอ่ืนได้ เเสงสว่าง มปี ระโยชนต์ อ่ การดารงชีวติ ของ มนษุ ยท์ งั้ ทางตรงเเละทางออ้ ม

สมบตั ขิ องแสง 1. แสงเป็ นคลืน่ แม่เหล็กไฟฟ้า ไม่ต้อง อาศัยตัวกลางในการเคลอ่ื นท่ี แสงทมี่ องเหน็ อยู่ในชว่ ง ความถี่ 430-790 THz หรือช่วงความยาวคล่ืน 700-390 nm



ตารางแสดงคา่ ความยาวคล่นื แสง พมิ พส์ มการท่นี ่ี(อา่ นวา่ แรมดา้ )





สมบัตขิ องแสง 2. แสงเดินทางเป็ นเส้นตรง ดว้ ย อตั ราเรว็ 3x108 เมตรต่อวินาที หรือ 186,000 ไมลต์ ่อวินาที หรือ 299,792,458 เมตรต่อวินาที หรือประมาณ 300,000 กิโลเมตรตอ่ วนิ าที หรือ 1,079,252,848,800 กิโลเมตรต่อช่วั โมง

สมบัตขิ องแสง 3. แสงมกี ารสะทอ้ น การหกั เห และ การกระจายแสง ทาใหเ้ กิดปรากฏการณต์ า่ งๆ

แหล่งกาเนิดแสง ดวงอาทติ ย์ เป็ นหล่งกาเนิดแสง ตามธรรมชาตทิ ใ่ี หญ่ทสี่ ุดและสาคัญทสี่ ุด เม่ือปี พ.ศ. 2209 เซอรไ์ อแซก นิวตันนักวทิ ยาศาสตร์ ชาวองั กฤษ ได้ทดลองเก่ยี วกับ เร่ืองแสง พบว่าถา้ ให้ แสงอาทติ ยส์ ่องผ่านปริซึม แสงจะเกดิ การหักเหออก มาเป็ นแสงสตี า่ งๆ เรียกว่า\"สเปกตรัม\" เร่ิมจากแสง ทม่ี ีความขาวคลื่นสัน้

เซอรไ์ อแซก นิวตัน ทดลองเกย่ี วกับ เร่ืองแสง



แหล่งกาเนิดแสงจากสิ่งมีชีวติ เช่น หง่ิ หอ้ ย ปลา แมงกระพรุน

3. เทยี นไข คบเพลงิ หลอดไฟฟ้า เป็ น เเหล่งแสงกาเนิดทม่ี าจาก การเปล่ียนเเปลงจาก พลังงานรูปอ่ืนมาเป็ นพลังงานเเสง



I เป็น ความเขม้ ของการสอ่ งสว่าง ในหน่วยแคนเดลา (สญั ลกั ษณ์: cd ) เป็นความเขม้ ของ การปลดปลอ่ ยแสงใน หน่วยวตั ตต์ ่อสเตอเรเดยี น ความเขม้ สอ่ งสวา่ ง “แคนเดลา”

แคนเดลา (สญั ลกั ษณ:์ cd ) เป็นหน่วยพ้นื ฐานของความเขม้ ส่องสวา่ งในระบบหน่วย (SI); นนั่ คอื กาลงั การส่องสวา่ งต่อหน่วย มมุ ทบึ ทป่ี ลอ่ ยออกมาจากแหลง่ กาเนิดแสง แบบจดุ ในทศิ ทางใดทศิ ทางหน่งึ

นิยามเชิงปฏบิ ตั ิการ ความเขม้ ของการสอ่ งสว่าง หน่ึงแคนเดลาเท่ากบั ความเขม้ สอ่ งสวา่ งในทิศท่กี าหนด ของแหลง่ กาเนิดแสงท่ีแผ่รงั สขี อง แสง ดว้ ยความถ่เี ดียวท่ี 540×1012 เฮริ ตซ์ และมีความเขม้ ของการ แผ่รงั สใี นทศิ ทางน้นั เท่ากบั 1/683 วตั ตต์ อ่ สเตอเรเดียน

I เป็น ความเขม้ ของการสอ่ งสวา่ งในหน่วยแคนเดลา (สญั ลกั ษณ:์ cd ) เป็นความเขม้ ของการปลดปลอ่ ยแสงในหน่วยวตั ต์ ต่อสเตอเรเดยี นความเขม้ สอ่ งสวา่ ง แคนเดลา E เป็น ความสวา่ ง (ลกั ซ์ LUX) F เป็น อตั ราพลงั งานแสงทต่ี กบนพ้นื (ลูเมน) A เป็น พ้นื ทร่ี บั แสง (ตารางเมตร m2)

ความสวา่ ง 1 ลกั ซ์ หมายถงึ ความสวา่ งทเี กดิ ข้ึน บนพ้นื ท่ผี วิ 1 ตารางเมตร (m2) เม่ือเเหลง่ กาเนิด แสงมีความเขม้ แหง่ การ สอ่ งสว่างเท่ากบั 1 แคนเดลา (cd)

ปริมาณทเี่ กยี่ วขอ้ งกบั พลังงานเเสง แสงทสี่ ่องออกมาจากเเหล่งกาเนิดเเสง ใดๆ ตอ่ หน่ึงหน่วยเวลา หรือ อตั ราการให้พลังงาน แสงของเเหล่งกาเนิดเเสง มีหน่วย การวดั เป็ น “ลูเมน”

สูตรทใ่ี ช้คานวณหาคา่ ความสว่างของแสง

สูตรทใ่ี ช้คานวณหาคา่ ความสว่างของแสง

ตวั อย่าง ตดิ หลอดไฟฟ้ าฟลูออเรสเซนต์ 40 วตั ต์ จานวน 2 หลอด มีตวั สะทอ้ นแสง ให้ พลงั งานแสงทง้ั หมดตกลงบนพ้นื หอ้ ง 20 ตารางเมตร ถา้ หลอดไฟฟ้ าฟลูออเรสเซนต์ 40 วตั ต์ มอี ตั ราการใหพ้ ลงั งานแสง 2700 ลูเมน ใหห้ าความสวา่ งบนพ้นื หอ้ งน้ี

ประโยชนจ์ ากความรูเ้ กย่ี วกบั ความสวา่ ง

ประโยชนใ์ นดา้ นการถา่ ยภาพในสตูดโิ อถ่าย

ลกั ซม์ เิ ตอร์ คอื เคร่อื งวดั ปรมิ าณของความสวา่ งของแสงท่ี มองเหน็ ในพ้นื ท่ีท่กี าหนดทดสอบ สวา่ งจะแสดงในหน่วยของ Lux ซ่งึ เป็นหน่วยมาตรฐานของ การวดั ความเขม้ ของแสง

การสะทอ้ นแสง หมายถงึ การเปล่ยี นแปลงทศิ ทางของ หนา้ คล่นื ท่รี อยตอ่ ของตวั กลางสองชนิดและทาใหห้ นา้ คลน่ื หนั กลบั ไปยงั ฝงั่ ของตวั กลางชนิดแรก

กฎการสะทอ้ นแสง กลา่ วว่า ท่ีพ้นื ผิวใดๆ มมุ ตกกระทบ θ1 จะมีค่าเท่ากบั มมุ สะทอ้ น θ2 ณ จดุ ท่ีเกดิ การสะทอ้ นน้นั

o รงั สตี กกระทบรงั สี สะทอ้ น และเสน้ ปกติ จะอยูใ่ นระนาบเดยี วกนั o มมุ ตกกระทบเท่ากบั มมุ สะทอ้ น ณ ตาแหน่ง ท่ตี กกระทบ ดงั ภาพ

การสะทอ้ นแสงบน

การเกิดภาพของวตั ถุทอี่ ยู่หน้ากระจกเงาราบ เกดิ เป็ นภาพเสมือน หวั ตง้ั อยูห่ ลงั กระจก มีระยะภาพเท่ากบั ระยะ วตั ถุ และขนาดภาพเทา่ กบั ขนาดวตั ถุ ภาพท่ีไดจ้ ะกลบั จากขวาเป็นซา้ ย





◦ตวั อย่างท่ี 1 ฉายแสงจากใหแ้ สงตกกระทบผวิ สะทอ้ นแบบ ต่าง ๆ ดงั ภาพ มมุ ตกกระทบมขี นาด เท่ากบั ……20 ..องศา แสงจากกระบอกไฟฉาย มมุ สะทอ้ นมขี นาด รงั สตี กกระทบ เท่ากบั ……20 …องศา ผวิ สะทอ้ นราบ



การเกดิ ภาพจากกระจกโคง้ กระจกโคง้ มี 2 ชนิด คอื กระจกเวา้ และ กระจกนูน







การเกิดภาพของวตั ถุทอ่ี ยู่หน้ากระจกเวา้ โดยใหร้ ะยะวตั ถุมีค่าต่างๆกัน กรณีท่1ี . :วตั ถอุ ยู่ทจ่ี ดุ F จะไดภ้ าพท่ี ระยะอนนั ต์ ระยะวตั ถุ S = f ระยะภาพจะเกดิ ท่ี ระยะอนนั ต์

การเกดิ ภาพของวตั ถุทอ่ี ยหู่ น้ากระจกเวา้ โดยให้ระยะวตั ถุมคี า่ ต่างๆกัน กรณี 2 : วตั ถอุ ยู่เลยจดุ C ออกไปจะไดภ้ าพจรงิ หวั กลบั ขนาด เลก็ กว่าวตั ถุ ระยะวตั ถุ S > R (จดุ C) ระยะภาพจะเกิดท่ี R > S > F

การเกดิ ภาพของวตั ถุทอ่ี ยู่หน้ากระจกเว้า กรณีท่3ี :วตั ถอุ ยู่ทจ่ี ดุ C จะไดภ้ าพ โดยให้ระยะวตั ถุมคี ่าตา่ งๆกัน จรงิ หวั กลบั ทเ่ี ดยี วกบั วตั ถุ และขนาดเท่าวตั ถุ ระยะวตั ถุ S =R (จุดC) ระยะภาพจะเกิดท่ี S = R

การเกิดภาพของวตั ถุทอ่ี ยู่หน้ากระจกเวา้ โดยให้ระยะวตั ถุมีค่าตา่ งๆกัน กรณีท่ี 4 : วตั ถอุ ยู่ระหว่างจดุ C กบั F จะไดภ้ าพจรงิ หวั กลบั ขนาด โตกว่าวตั ถุ ระยะวตั ถุ R > S > f ระยะภาพจะเกิดท่ี S > R