แสงและสมบัติของแสง2

แสงและสมบตั ิของแสง

แสงแสง (องั กฤษ: light) เป็นการแผร่ ังสีแม่เหลก็ ไฟฟ้าในบางส่วนของสเปกตรัมแม่เหลก็ ไฟฟ้า คาน้ีปกติหมายถึง แสงทม่ี องเห็นได้ ซ่ึงตามนุษยม์ องเห็นไดแ้ ละทาใหเ้ กิดสัมผสั การรับรู้ภาพ แสงที่มองเห็นไดป้ กตินิยามวา่ มีความยาวคลื่นอยใู่ นช่วง 400–700 นาโนเมตร ระหวางอินฟราเรด (ท่ีมีความยาวคลื่นยาวกวา่ และมีคล่ืนกวา้ งกวา่ น้ี) และอลั ตราไวโอเลต็ (ที่มีความยาวคล่ืนนอ้ ยกวา่และมีคล่ืนแคบกวา่ น้ี) ความยาวคล่ืนน้ีหมายถึงความถี่ช่วงประมาณ 430–750 เทระเฮิรตซ์ดวงอาทิตยเ์ ป็นแหล่งกาเนิดแสงหลกั บนโลก แสงอาทิตยใ์ หพ้ ลงั งานซ่ึงพชื สีเขียวใชผ้ ลิตน้าตาลเป็นส่วนใหญ่ในรูปของแป้ง ซ่ึงปลดปล่อยพลงั งานแก่สิ่งมชีวติ ท่ียอ่ ยมนั กระบวนการสังเคราะห์ดว้ ยแสงน้ีใหพ้ ลงั งานแทบท้งั หมดท่ีสิ่งมีชีวติ ใช้ ในอดีต แหล่งสาคญั ของแสงอีกแหล่งหน่ึงสาหรับมนุษยค์ ือไฟ ต้งั แตแ่ คมป์ ไฟโบราณจนถึงตะเกียงเคโรซีนสมยั ใหม่ ดว้ ยการพฒั นาหลอดไฟฟ้าและระบบพลงั งาน การใหแ้ สงสวา่ งดว้ ยไฟฟ้าไดแ้ ทนแสงไฟ สัตวบ์ างชนิดผลิตแสงไฟของมนั เอง เป็นกระบวนการท่ีเรียก การเรืองแสงทางชีวภาพคุณสมบตั ิปฐมภูมิของแสงท่ีมองเห็นได้ คือ ความเขม้ ทิศทางการแผ่ สเปกตรัมความถ่ีหรือความยาวคล่ืน และโพลาไรเซชนั (polarization) ส่วนความเร็วในสุญญากาศของแสง299,792,458 เมตรต่อวนิ าที เป็นค่าคงตวั มูลฐานหน่ึงของธรรมชาติในวชิ าฟิ สิกส์ บางคร้ังคาวา่ แสง หมายถึงการแผร่ ังสีแม่เหลก็ ไฟฟ้าในทุกความยาวคลื่น ไม่วา่มองเห็นไดห้ รือไม่[1][2] ในความหมายน้ี รังสีแกมมา รังสีเอก็ ซ์ ไมโครเวฟและคลื่นวทิ ยกุ เ็ ป็นแสงดว้ ย เช่นเดียวกบั แสงทุกชนิด แสงท่ีมองเห็นไดม้ ีการเแผแ่ ละดูดซบในโฟตอนและแสดงคุณสมบตั ิของท้งั คลื่นและอนุภาค คุณสมบตั ิน้ีเรียก ทวภิ าคของคลื่น–อนุภาค การศึกษาแสง ท่ีเรียก ทศั นศาสตร์ เป็นขอบเขตการวจิ ยั ท่ีสาคญั ในวิชาฟิ สิกส์สมยั ใหม่

สเปกตรัมแมเ่ หลก็ ไฟฟ้าและแสงทเ่ี หน็ ได้แสงคือรังสีแม่เหลก็ ไฟฟ้าท่ีอยใู่ นช่วงสเปกตรัมของคลื่นแม่เหลก็ ไฟฟ้าท่ีสามารถมองเห็นได้คือ อยใู่ นยา่ นความถ่ี 380 THz (3.8×1014 เฮิรตซ)์ ถึง 789 THz (7.5×1014 เฮิรตซ์) จากความสมั พนั ธ์ระหวา่ ง ความเร็ว ( ) ความถ่ี ( หรือ ) และ ความยาวคล่ืน ( )ของแสง: และความเร็วของแสงในสุญญากาศมีค่าคงท่ี ดงั น้นั เราจึงสามารถแยกแยะแสงโดยใชต้ ามความยาวคลื่นได้ โดยแสงที่เรามองเห็นไดข้ า้ งตน้ น้นั จะมีความยาวคล่ืนอยใู่ นช่วง 400 นาโนเมตร (ยอ่ 'nm') และ 800 nm (ในสุญญากาศ)การมองเห็นของมนุษยน์ ้นั เป็นผลมาจากภาวะอนุภาคของแสงโดยเฉพาะ เกิดจากการท่ีกอ้ นพลงั งาน (อนุภาคโฟตอน) แสง ไปกระตุน้ เซลลร์ ูปแท่งในจอตา(rod cell) และ เซลลร์ ูปกรวยในจอตา (cone cell) ที่จอตา (retina) ใหท้ าการสร้างสัญญาณไฟฟ้าบนเส้นประสาท และส่งผา่ นเส้นประสาทตาไปยงั สมอง ทาใหเ้ กิดการรับรู้มองเห็นอตั ราเร็วนกั ฟิ สิกส์หลายคนไดพ้ ยายามทาการวดั ความเร็วของแสง การวดั แรกสุดที่มีความแม่นยาน้นั เป็นการวดั ของ นกั ฟิ สิกส์ชาวเดนมาร์ก Ole Rømer ในปี ค.ศ. 1676 เขาไดท้ าการคานวณจากการ

สังเกตการเคลื่อนท่ีของดาวพฤหสั บดี และ ดวงจนั ทร์ไอโอ ของดาวพฤหสั บดี โดยใชก้ ลอ้ งดูดาว เขาไดส้ ังเกตความแตกต่างของช่วงการมองเห็นรอบของการโคจรของดวงจนั ทร์ไอโอ และไดค้ านวณค่าความเร็วแสง 227,000 กิโลเมตรต่อวนิ าทีการวดั ความเร็วของแสงบนโลกน้นักระทาสาเร็จเป็นคร้ังแรกโดย Hippolyte Fizeau ในปี ค.ศ. 1849 เขาทาการทดลองโดยส่องลาของแสงไปยงั กระจกเงาซ่ึงอยหู่ ่างออกไปหลายพนั เมตรผา่ นซี่ลอ้ ในขณะที่ลอ้ น้นั หมุนดว้ ยความเร็วคงที่ ลาแสงพุง่ ผา่ นช่องระหวา่ งซี่ลอ้ ออกไปกระทบกระจกเงา และพุ่งกลบั มาผา่ นซี่ลอ้อีกซี่หน่ึง จากระยะทางไปยงั กระจกเงา จานวนช่องของซี่ลอ้ และความเร็วรอบของการหมุน เขาสามารถทาการคานวณความเร็วของแสงได้ 313,000 กิโลเมตรต่อวนิ าทีAlbert A. Michelson ไดท้ าการพฒั นาการทดลองในปี ค.ศ. 1926 โดยใชก้ ระจกเงาหมุน ในการวดั ช่วงเวลาท่ีแสงใชใ้ นการเดินทางไปกลบั จาก ยอด Mt. Wilson ถึง Mt. San Antonio ในรัฐแคลิฟอร์เนีย ซ่ึงการวดั น้นั ได้ 299,796 กิโลเมตร/วนิ าทีการหกั เหของแสงแสงน้นั วง่ิ ผา่ นตวั กลางดว้ ยความเร็วจากดั ของแสงในสุญญากาศ c จะมีค่า c = 299,792,458เมตร ต่อ วนิ าที (186,282.397 ไมล์ ต่อ วนิ าที) โดยไม่ข้ึนกบั วา่ ผสู้ ังเกตการณ์น้นั เคล่ือนท่ีหรือไม่ เมื่อแสงวง่ิ ผา่ นตวั กลางโปร่งใสเช่น อากาศ น้า หรือ แกว้ ความเร็วแสงในตวั กลางจะลดลงซ่ึงเป็นเหตุใหเ้ กิดปรากฏการณ์การหกั เหของแสง คุณลกั ษณะของการลดลงของความเร็วแสงในตวั กลางท่ีมีความหนาแน่นสูงน้ีจะวดั ดว้ ย ดรรชนีหกั เหของแสง (refractive index) nมริ าจ ( Mirage ) เป็น ปรากฏการณ์เกิดภาพลวงตา ซ่ึง บางคร้ังในวนั ที่อากาศ เราอาจจะมองเห็นส่ิงท่ีเหมือนกบั สระน้าบนถนน ที่เป็นเช่นน้นั เพราะวา่ มีแถบอากาศร้อนใกลถ้ นนที่ร้อน และแถบอากาศที่เยน็ กวา่ (มีความหนาแน่นมากกวา่ ) อยขู่ า้ งบน รังสีของแสงจึงค่อยๆ หกั เหมากข้ึนเขา้ สู่แนวระดบั จนในที่สุดมนั จะมาถึงแถบอากาศร้อนใกลพ้ ้นื ถนนที่มุมกวา้ งกวา่ มุมวกิ ฤต จึง

เกิดการสะทอ้ นกลบั หมดนนั่ เอง โดย n=1 ในสุญญากาศ และ n>1 ในตวั กลางเมื่อลาแสงวง่ิ ผา่ นเขา้ สู่ตวั กลางจากสุญญากาศ หรือวง่ิ ผา่ นจากตวั กลางหน่ึงไปยงั อีกตวั กลางหน่ึง(เช่น) แสงจะไม่มีการเปล่ียนแปลงความถี่ แต่เปล่ียนความยาวคลื่นเน่ืองจากความเร็วที่เปลี่ยนไป ในกรณีท่ีมุมตกกระทบของแสงน้นั ไม่ต้งั ฉากกบั ผวิ ของตวั กลางใหม่ที่แสงวงิ่ เขา้ หา ทิศทางของแสงจะถูกหกั เห ตวั อยา่ งของปรากฏการณ์หกั เหน้ีเช่น เลนส์ต่างๆ ท้งั กระจกขยาย คอนแทคเลนส์ แวน่สายตา กลอ้ งจุลทรรศน์ กลอ้ งส่องทางไกลแสงและการมองเห็นลาแสงแสงเป็นพลงั งานรูปหน่ึง เดินทางในรูปคล่ืนดว้ ยอตั ราเร็วสูง 300,000 กิโลเมตรต่อวนิ าทีแหล่งกาเนิดแสงมีท้งั แหล่งกาเนิดที่เกิดข้ึนเองตามธรรมชาติ เช่น แสงดวงอาทิตยท์ ี่เป็นแหล่งพลงั งานของส่ิงมีชีวติ แหล่งกาเนินแสงที่มนุษยส์ ร้างข้ึน เช่น แสงสวา่ งจากหลอดไฟ เป็นตน้เม่ือแสงเคล่ือนท่ีผา่ นกลุ่มควนั หรือฝ่ นุ ละออง จะเห็นเป็นลาแสงเสน้ ตรง และสามารถทะลุผา่ นวตั ถุได้ วตั ถุที่ยอมใหแ้ สงเคลื่อนท่ีผา่ นเป็นเสน้ ตรงไปไดน้ ้นั เราเรียกวตั ถุน้ีว่า วตั ถุโปร่งใส เช่นแกว้ อากาศ น้า เป็นตน้ ถา้ แสงเคล่ือนที่ผา่ นวตั ถุบางชนิดแลว้ เกิดการกระจายของแสงออกไปโดยรอบ ทาใหแ้ สงเคลื่อนที่ไม่เป็นเสน้ ตรง เราเรียกวตั ถุน้นั วา่ วตั ถุโปร่งแสง เช่น กระจกฝ้ากระดาษไข พลาสติกฝ้า เป็นตน้ ส่วนวตั ถุท่ีไม่ยอมใหแ้ สงเคล่ือนท่ีผา่ นไปได้ เราเรียกวา่ วตั ถุทบึ แสง เช่น ผนงั คอนกรีต กระดาษแขง็ หนาๆ เป็นตน้ วตั ถุทึบแสงจะสะทอ้ นแสงบางส่วนและดูดกลืนแสงบางส่วนไวท้ าใหเ้ กิดเงาข้ึน

การสะท้อนของแสงแสงที่เดินทางจากตวั กลางที่โปร่งแสงไปสู่ตวั กลางท่ีโปร่งใส เช่น จากแกว้ ไปสู่อากาศ ถา้ มุมตกกระทบนอ้ ย กวา่ 42 องศา แสงบางส่วนจะสะทอ้ นกลบั และบางส่วนจะทะลุออกอากาศ แต่ถา้ ที่มุมแกว้ ตกกระทบแกว้ กบั 42 องศา แสงจะสะทอ้ นกลบั คืนสู่แกว้ หมดไม่มีแสงออกจากอากาศเลย ลกั ษณะเช่นน้ีเรียกวา่ การสะทอ้ นกลบั หมด น้นั คือ รอยต่อแกว้ กบัอากาศทาหนา้ ที่เสมือนการตกกระทบที่จะทาใหแ้ สงสะทอ้ นกลบั หมด ซ่ึงจะมีค่าแตกต่างกนั ไปข้ึนอยกู่ บั ชนิดของตวั กลางเม่ือแสงตกกระทบวตั ถุ แสงบ่างส่วนจะสะทอ้ นจากวตั ถุ ถา้ แสงสะทอ้ นจากวตั ถุเขา้ สู่นยั นต์ าจะเกิดการมองเห็นและรับรู้เก่ียวกบั วตั ถุน้นั ได้แหล่งกาเนิดแสงแหล่งกาเนิดแสง คือ วตั ถุท่ีเป็นตน้ กาเนิดของแสง ซ่ึงสามารถจาแนกไดเ้ ป็น 2 ประเภท1. แสงท่ีเกิดจากธรรมชาติ เช่น แสงจากดวงอาทิตย์ ดวงดาว ฟ้าแลบ ฟ้าผา่ หรือแสงที่เกิดจากสัตวบ์ างชนิด เช่น ห่ิงหอ้ ย โดยแหล่งกาเนิดแสงของธรรมชาติ จะเกิดจากวตั ถุที่มีอุณหภูมิสูงมาก เช่น ดวงอาทิตย์ เช่นเดียวกนั แสงสวา่ งบนโลกของเราส่วนใหญ่น้นั ไดม้ ากจากแสงของดวงอาทิตยท์ ่ีแผพ่ ลงั งานออกมารอบๆ และส่องมายงั โลก และดวงดาวอื่นๆดว้ ย2. แสงท่ีมนุษยป์ ระดิษฐข์ ้ึน เช่น แสงจากไฟฉาย หลอดไฟ ตะเกียง เทียนไข หรือการเผาไหม้เช้ือเพลิงต่างๆ มนุษยน์ ้นั ไดป้ ระดิษฐส์ ิ่งท่ีเป็นแหล่งกาเนิดแสง ข้ึน เพื่อใชใ้ นเวลากลางคืน เช่นเทียนไข คบเพลิง แต่แสงเหล่าน้ีเกิดจากการเผาไหมท้ าใหเ้ กิดมลพษิ ทางอากาศ จนกระทง่ั นกัประดิษฐช์ าวอเมริกนั นามวา่ ทอมสั แอลวา เอดิสนั ไดจ้ ดสิทธิบตั รในการประดิษฐห์ ลอดไฟข้ึน ในยคุ แรกน้นั เป็นหลอดไฟฟ้าแบบมีไส้ แต่พลงั งานไฟฟ้าส่วนใหญ่น้นั จะเปล่ียนเป็นพลงั งานความร้อนมากกว่าท่ีจะเป็นแสงสวา่ งเสียอีก

หน่วยและการวดัหน่วยที่ใชใ้ นการวดั แสง  ความจา้ (brightness) หรือ อุณหภูมิ(temperature)  ความสวา่ ง (illuminance หรือ illumination) (หน่วยSI: ลกั ซ์ (lux))  ฟลกั ซ์ส่องสวา่ ง (luminous flux) (หน่วย SI: ลูเมน (lumen))  ความเขม้ ของการส่องสวา่ ง (luminous intensity) (หน่วย SI: แคนเดลา (candela))นอกจากน้ียงั มี:  ความสุกใสของแสง (brilliance) หรือ แอมปลิจูด (amplitude)  สี (color) หรือ ความถี่ (frequency)  ความกวา้ งคลื่น (bandwidth)  ความยาวคล่ืน (wavelength)  โพลาไรเซชน่ั (polarization) หรือ มุมการแกวง่ ของคลื่น (angle of vibration)

คุณสมบตั ิของแสงคุณสมบตั ิของแสงจากบทท่ีแลว้ ท่ีบอกไดว้ า่ แสงมีคุณสมบตั ิเป็นท้งั คลื่นและอนุภาค บทน้ีเราจะมาเรียนรู้คุณสมบตั ิของแสงกนั ครับแสงจะมีคุณสมบตั ิที่สาคญั 4 ขอ้ ไดแ้ ก่1) เดินทางเป็นเสน้ ตรง (Rectilinear propagation)2) การหกั เห (Refraction)3) การสะทอ้ น (Reflection)4) การกระจาย (Dispersion)การเดินทางเป็นเสน้ ตรงการเดินทางแสงเป็นเส้นตรง ในตวั กลางท่ีมีค่าดชั นีการหกั เห (refractive index ; n) ของแสงเท่ากนั แสงจะเดินทางเป็นเสน้ ตรงโดยค่าดชั นีการหกั เหของแสง หรือ ค่า n สามารถหาไดจ้ ากn คือ ดชั นีหกั เหของแสงในตวั กลางน้นั ๆc คือ ความเร็วแสงในสุญญากาศv คือ ความเร็วแสงในตวั กลางน้นั ๆ

การหกั เหเมื่อแสงเดินทางจากตวั กลางหน่ึงไปยงั อีกตวั กลางหน่ึง แสงบางส่วนสะทอ้ นกลบั ไปในตวั กลางเดิม ส่วนแสงที่เหลือจะหกั เหเขา้ ไปในตวั กลางใหม่ในการหกั เหความถ่ีของแสงก่อนและหลงั การหกั เหเท่าเดิมเสมอ แต่แสงจะมีความเร็วลดลงเมื่อเคล่ือนที่เขา้ ไปในตวั กลาง ดงั น้นั เราจึงเราจึงทราบไดว้ า่ ความยาวคลื่นจะตอ้ งเปล่ียนไปเป็นสดั ส่วนกบั ความเร็ว ส่วนทิศทางการเคลื่อนท่ีของแสงน้นั ส่วนมากแลว้ จะเปลี่ยนเม่ือเทียบกบัทิศทางเดิม ยกเวน้ กรณีเดียวคือ กรณีท่ีมุมตกกระทบเป็นศนู ย์ (คือแสงส่องไปเลยตรงๆ)สมการท่ีใชใ้ นการอธิบายเรื่องการหกั เหของแสงคือกฎของสเนลล์ ดงั น้ีn1 คือดชั นีหกั เหของตวั กลาง 1n2 คือดชั นีหกั เหของตวั กลาง 2Ɵ1 คือมุมตกกระทบƟ2 คือมุมหกั เห

การสะทอ้ นเมื่อแสงเดินทางไปเจอขอบเขตระหวา่ งตวั กลางสองตวั กลาง แสงบางส่วนสะทอ้ นกลบั และบางส่วนกจ็ ะเคลื่อนที่ต่อไปนตวั กลางถดั ไป โดยกฎการสะทอ้ นของแสงดงั น้ี1. เสน้ ปกติ รังสีตกกระทรบ และรังสีสะทอ้ นอยใู่ นระนาบเดียวกนั2. มุมตกกระทบเท่ากบั มุมสะทอ้ นเสน้ ปกติคือเสน้ ท่ีลากข้ึนมาต้งั ฉากกบั ผวิ การสะทอ้ นนนั่ เอง ส่วนมุมตกกระทบกบั มุมสะทอ้ นน้นั เวลาวดั มุมใหว้ ดั เทียบกบั เสน้ ปกติเท่าน้นัการสะทอ้ นของแสงสามารถแบ่งออกไดเ้ ป็น 2 ลกั ษณะ คือ1. การสะทอ้ นแบบปกติ (Regular reflection) จะเกิดข้ึนเม่ือแสงตกกระทบกบั วตั ถุท่ีมีผวิ เรียบมนั2. การสะทอ้ นแบบกระจาย (Diffuse reflection)จะเกิดข้ึนเม่ือแสงตกกระทบวตั ถุที่มีผวิ ขรุขระ

โดยการสะทอ้ นของแสงไม่วา่ จะเป็นแบบใดกต็ ามจะตอ้ งเป็นไปตามกฎการสะทอ้ นของแสงท่ีวา่ \"มุมสะทอ้ นเท่ากบั มุมตกกระทบ\"การกระจายแสงท่ีเราเห็นในธรรมชาติทุกๆวนั เป็นแสงอาทิตยแ์ ละแสงจากหลอดไฟ เป็นแสงขาว (whitelight) โดยแสงขาวท่ีประกอบดว้ ยแสงสีต่างๆไดแ้ ก่ ม่วง คราม น้าเงิน เขียว เหลือง แสด แดงเมื่อผา่ นแสงเขา้ ไปในตวั กลาง ท่ียอมใหแ้ สงผา่ นได้ เช่น แกว้ หรือน้า จะเกิดการหกั เหของแสงข้ึน ท้งั น้ี สารชนิดเดียวกนั จะมีดรรชนีหกั เหของแสงข้ึนอยู่ กบั แสงสีต่างๆไม่เท่ากนั ดงั น้นั เมื่อแสงผา่ นเขา้ ไปในอุปกรณ์เช่น ปริซึม(Prism) ซ่ึงกจ็ ะเห็นแสงกระจายออกเป็นสีต่างๆ และเรียกแสงท่ีการกระจายออกมาจากแสงขาววา่ สเปกตรัมของแสงขาวจากรูปเม่ือฉากแสงขาวผา่ นปริซึมและทาใหแ้ สงขาวน้นั กระจายออกเป็นสีต่างมุมในรูปเรียกวา่

มุมเบี่ยงเบนสังเกตไดว้ า่ มุมของแสงสีแดงจะมีค่านอ้ ยที่สุด และมุมเบ่ียงเบนของสีม่วงมีค่ามากท่ีสุดการสะท้อนกลบั หมดการสะทอ้ นกลบั หมดเป็นกรณีพิเศษหน่ึงท่ีแสงเดินทางจากตวั กลางหมายเลข 1 ที่มีดชั นีหกั เหมากไปตวั กลาง 2 ท่ีมีดชั นีหกั เหนอ้ ย แสงจะแบนออกจากเสน้ ปกติ แตถ้ า้ มนั เบนออกไปมากจนเกิดกรณีวา่ มุมหกั เหเป็นมุมฉาก เราจะเรียกมุมตกกระทบท่ีทาใหม้ ุมหกั เหเป็นมุมฉาก วา่ มุมวกิ ฤต (Ɵc)จากน้นั ถา้ แสงตกกระทบดว้ ยมุมท่ีมากกวา่ มุมวกิ ฤตแลว้ จะเกิด“การสะทอ้ นกลบั หมด”นนั่ คือแสงท้งั หมดเกิดการสะทอ้ นกลบั หมด และไม่เกิดการหกั เห

จากกฎของสเนลล์ใหแ้ สงเดินทางจากตวั กลางหน่ึงไปสอง (n1>n2) ที่มุมวกิ ฤต Ɵ1= Ɵcจะไดว้ า่ Ɵ2= 90oดงั น้นั n1sinƟc= n2sin90oจดั รูปไดด้ งั ต่อไปน้ีsinƟc= n2/ n1หลกั การน้ีสามารถนาไปประยกุ ตท์ าเป็นใยแกว้ นาแสงได้ โดยสร้างใยแกว้ เป็นสองช้นั ทีมีดชั นีหกั เหแสงต่างกนั ช้นั ในเป็นส่วนท่ีใหแ้ สงเดินทางเขา้ มา จึงมีดชั นีหกั เหแสงสูง ส่วนช้นั นอกมีหนา้ ท่ีสะทอ้ นแสงกลบั จึงมีดชั นีหกั เหแสงต่า แสงที่ถูกส่งเขา้ มาจะเกิดการสะทอ้ นกลบั หมดที่ขอบเขตก้นั ระหวา่ งส่วนช้นั ในกบั ช้นั นอก ดงั น้นั แสงจะสามารถถูกส่งไปมาตามช้นั ในของเส้นใยได้ในการประยกุ ตใ์ ชป้ ระโยชนข์ องใยแกว้ นาแสงมีดว้ ยกนั มากมาย ไม่วา่ จะเป็นทางการส่ือสารโดยใชใ้ ยแกว้ นาแสงในการส่งขอ้ มูล เช่น สัญญาณอินเตอร์เน็ต หรือในทางการแพทยท์ ่ีใชใ้ ยแกว้ ส่องอวยั วะภายในของผปู้ ่ วย เป็นตน้

สามารถดูคลิปวดิ ิโอการสะทอ้ นกลบั หมด เพอ่ื ใหเ้ ห็นภาพไดข้ ดั เจนข้ึน ดงั น้ีครับการเกดิ รุ้งปรากฎการณ์รุ้งกินน้า เป็นปรากฎการณ์ทางธรรมชาติที่หยดน้าฝนหรือละอองน้าทาหนา้ ท่ีปริซึมหกั เหแสงจากดวงอาทิตยท์ ี่ส่องลมาจะเกิดการหกั เหทาใหเ้ กิดเป็นแถบสีบนทอ้ งฟ้าเรียกวา่ การกระจายแสง

การกระจายแสงเกิดข้ึนเพราะแสงแต่ละสีมีความถ่ีไม่เท่ากนั ทาใหด้ ชั นีหกั เหสาหรับแสงแต่ละสีไม่เท่ากนั ส่งผลใหก้ ารหกั เหแสงภายในหยดน้าแตกต่างกนัแสงอาทิตยห์ รือรังสีที่ตามมองเห็น (Visible light) มีความยาวคลื่น 400 - 800 นาโนเมตร โดยที่แสงสีม่วงมีความยาวคล่ืนส้นั ที่สุดคือ 400 นาโนเมตร และแสงสีแดงมีความยาวคล่ืนมากท่ีสุดภายหลงั ฝนตกมกั จะมีละอองน้าหรือหยดน้าเลก็ ๆ ลอยอยใู่ นอากาศ จะทาหนา้ ที่เสมือนปริซึมหกั เหแสงอาทิตย์ (White light) ใหแ้ ยกออกเป็นสเปกตรัม 7 สี ไดแ้ ก่ ม่วง คราม น้าเงิน เขียวเหลือง แสด แดง โดยถา้ แสงอาทิตยท์ ามุมกบั หยดน้าแลว้ หกั เหเป็นมุม 40°เขา้ สู่แนวสายตา กจ็ ะมองเห็นเป็นแสงสีม่วง แต่ถา้ แสงอาทิตยท์ ามุมกบั หยดน้าแลว้ หกั เหเป็นมุม 42°เขา้ สู่แนวสายตากจ็ ะมองเห็นเป็นแสงสีแดงประเภทของรุ้งกนิ นา้การเกิดรุ้งกินน้ามี 2 ประเภทคือ  รุ้งปฐมภูมิเป็นรุ้งตวั ล่าง เกิดจากแสงขาวส่องทางดน้ บนของละอองน้า เกิดการหกั เห จากน้นั สะทอ้ นกลบั หมดภายในหยดน้า 1 คร้ัง และหกั เหออกสู่อากาศเขา้ สู่นยั นต์ าของผู้ สงั เกต รุ้งปฐมภูมิน้ีจะเห็นสีแดงอยบู่ น และสีม่วงอยดู่ า้ นล่าง  รุ้งทุติยภูมิเป็นรุ้งตวั บน เกิดจากแสงขาวส่องทางดา้ นล่างของละอองน้า เกิดการหกั เห จากน้นั สะทอ้ นกลบั หมดภายในหยดน้า 2 คร้ัง และหกั เหออกสู่อากาศเขาสู่นยั นต์ าของ้งั เกต รุ้งทุติยภูมิน้ีจะเห็นสีม่วงอยบู่ นและสีแดงอยดู่ า้ นล่าง

การมองเหน็ รุ้งAristotle คือนกั วทิ ยาศาสตร์คนแรกที่ไดพ้ ยายามอธิบายที่มาของรุ้งกินน้าวา่ เกิดจากการสะทอ้ นแสดงอาทิตยโ์ ดยกอ้ นเมฆ และการที่เราเห็นรุ้งกินน้าโคง้ น้นั เพราะแสงอาทิตยท์ ่ีสะทอ้ นมาเขา้ตา เราทามุมเฉพาะมุมหน่ึงกบั เมฆ และเม่ือถา้ ทุกรังสีเวลา สะทอ้ นทามุมๆ น้นั เท่ากนั หมด เราจึงเห็นรุ้งกินน้าโคง้ เป็นรูปคร่ึงวงกลม คาอธิบายของ Aristotle จึงมีส่วนถูกในประเดน็ ที่วา่ตาแหน่งของเมฆ มิไดเ้ ป็นกาหนดการเกิดรุ้งแต่ทิศที่แสงสะทอ้ นมาเขา้ ตาเรา ต่างหากท่ีเป็นตวั กาหนดตาแหน่งและลกั ษณะของรุ้งกินน้าRoger Bacon เป็นนกั วทิ ยาศาสตร์คนแรกที่พบวา่ รุ้งปฐมภูมิอยสู่ ูงกวา่ ระดบั สายตาของคนดูประมาณ 42 องศาเสมอ และรุ้งกินน้าชนิดทุติยภูมิจะอยสู่ ูงข้ึนไปอีกประมาณ 8 องศาคือ 50องศา แต่ในปัจจุบนั น้ีการวดั มุมแสดงตาแหน่งของรุ้งกินน้า มานิยมวดั สวนทิศกบั ที่ Bacon วดัดงั น้นั มุมของรุ้งกินน้าท้งั สองจึงเป็น 180-42 = 138 องศา และ 180-50 = 130 องศา ตามลาดบั

หลงั จากที่ Aristotle ไดศ้ ึกษารุ้งกินน้าแลว้ อีก 1,700 ปี ต่อมากไ็ ม่มีใครสนใจศกึ ษาเร่ืองน้ีอีกเลยจนกระทงั่ ถึงปี พ.ศ. 1847 บาทหลวงชาวเยอรมนั คนหน่ึงช่ือ Theodoric แห่งเมือง Freibury ได้ปฏิเสธความคิดของ Aristotle ที่วา่ รุ้งกินน้าเกิดจาก การสะทอ้ นของแสงอาทิตยโ์ ดยกลุ่มหยดน้าฝนในกอ้ นเมฆเม่ือ Theodoric สร้างถงั แกว้ รูปทรงกลมท่ีมีขนาดใหญ่แลว้ บรรจุน้าเตม็ เขาได้ทดสอบทฤษฎีของเขาโดยการฉายแสงเขา้ ไปในน้าในถงั แกว้ ความโปร่งใสของน้าทาใหเ้ ขาสามารถเห็นเส้นทางเดินของน้า ในถงั ไดด้ ว้ ยตาต้งั แต่ตน้ จนกระทงั่ แสงทะลุผา่ นถงั แกว้ ไป และเขากไ็ ดพ้ บวา่ เพียงถงั แกว้ ถงั เดียว เขากส็ ามารถทาใหเ้ กิดรุ้งไดแ้ ลว้ โดยไม่ตอ้ งใชถ้ งั เป็นลา้ นๆถงั Theodoric จึงคิดวา่ รุ้งกินน้าสามารถเกิดจากหยดน้าฝนเพียงหน่ึงหยดได้การคน้ พบของ Theodoric น้ีไม่มีใครสนใจเลย จนกระทงั่ ถึง 300 ปี ต่อมา เมื่อ R. Descartes อ่านผลงานของ Theodoric และไดพ้ ฒั นาความคิดเรื่องรุ้งกินน้าต่อ Descartes ไดแ้ สดงใหเ้ ห็นวา่ รุ้งปฐมภูมิเกิดเม่ือแสงอาทิตยส์ ะทอ้ นภายในหยดน้า หน่ึงคร้ังและรุ้งทุติยภูมิเกิดเม่ือแสดงอาทิตย์สะทอ้ นท่ีผวิ ภายในหยดน้าสองคร้ัง เพราะเหตุวา่ ในการสะทอ้ นแต่ละคร้ัง แสงบางส่วน จะหายไป ดงั น้นั เมื่อรุ้งทุติยภูมิเกิดจากการสะทอ้ นแสงอีกคร้ัง รุ้งทุติยภูมิจึงมีความเขม้ ที่เจือจางยง่ิกวา่ รุ้งปฐมภูมิตามท่ีตาเห็นทาไมรุ้งถึงเป็ นเส้นโค้ง?

รุ้งกินน้าท่ีเกิดข้ึนทาใมถึงมีลกั ษณะโคง้ กเ็ นื่องมาจากหยดน้าที่ทา ใหเ้ กิดรุ้งกินน้าน้นั มีลกั ษณะกลม และผสู้ งั เกตจะพบวา่ เวลาเรามองดูรุ้งกินน้าขณะท่ีเราอยบู่ นพ้นื ดิน เราจะเห็นเพยี งคร่ึงวงกลมเท่าน้นั เน่ืองจากรัศมีในการมองเห็นของแสงท่ีสะทอ้ น แต่ถา้ หากผสู้ ังเกตอยบู่ นท่ีสูงเช่นยอดเขา หรือหากใหด้ ีบนเคร่ืองบินผสู้ ังเกตอาจพบเห็นรุ้งกินน้าเป็นวงกลมขอบคุณขอ้ มูลและภาพจาก