TOP

14.3.2 ความลึกจริง ความลึกปรากฏ

          เมื่อเรามองเห็นวัตถุที่อยู่ในน้ำจะมองเห็นเหมือนตื้นขึ้นมาจากที่เป็นจริง เนื่องจากการเกิดการหักเหในน้ำดังรูป เราเห็นรังสีสองรังสี คือ มาจากจุด O และเสมือนว่ามาจากจุด I ดังนั้นผู้สังเกตจะเห็นภาพเสมือนที่ I

image 

          จากรูป วัตถุอยู่ในน้ำตรงจุด C ลึก AC ถ้ามองวัตถุนี้จากอากาศ ปรากฏว่ามีการหักเหของแสงทำให้เห็นวัตถุตื้นขึ้นมาอยู่ที่ B ลึกปรากฏเท่ากับ ABclip_image002

ดังนั้น จึงอาจเขียนได้ว่า

image

ถ้าพิจารณากรณีที่มุมมองไม่โตมากนัก หมายถึง กรณีที่ image 1 และ image 2 เป็นมุมเล็กๆ เราจะได้ว่า AB clip_image012 OB และ AC clip_image012[1] OC

ดังนั้นได้

image

แต่

image

และ

image

ดังนั้นได้

image

เมื่อ n1 และ n2 เป็นดรรชนีหักเหของน้ำหรือตัวกลาง 1 และอากาศหรือตัวกลาง 2 ตามลำดับ

Read More
TOP

14.3.1 กฎการหักเหของแสง

การหักเหแสงเป็นปรากฎการณ์ที่เกิดขึ้นเมื่อแสงเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางต่างชนิดกัน  เมื่อแสงเคลื่อนที่จากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลางหนึ่งแสงจะมีการหักเห และการหักเห จะเกิดขึ้นเฉพาะผิวรอยต่อของตัวกลางเท่านั้น

การสะท้อนและหักเหของแสง

สิ่งควรทราบเกี่ยวกับการหักเหของแสง

–  ความถี่ของแสงยังคงเท่าเดิม ส่วนความยาวคลื่น และความเร็วของแสงจะไม่เท่าเดิม
–  ทิศทางการเคลื่อนที่ของแสง
จะอยู่ในแนวเดิมถ้าแสงตกตั้งฉากกับผิวรอยต่อของตัวกลาง
จะไม่อยู่ในแนวเดิมถ้าแสงไม่ตกตั้งฉากกับผิวรอยต่อของตัวกลาง

กฎการหักเหของแสง

1.  รังสีตกกระทบ เส้นแนวฉาก และรังสีหักเห อยู่ในระนาบเดียวกัน
2.  สำหรับตัวกลางคู่หนึ่ง ๆ อัตราส่วนระหว่างค่า sin ของมุมตกกระทบ ในตัวกลางหนึ่งกับ
ค่า sin ของมุมหักเหในอีกตัวกลางหนึ่ง มีค่าคงที่เสมอ

จากกฎข้อ 2 สเนลล์นำมาตั้งเป็นกฎของสเนลล์ได้ดังนี้

image

และ

n = c/v

v   =   ความเร็วของแสง ในตัวกลางใด ๆ เมตร/วินาที
n    =   ดัชนีหักเหของแสงในตัวกลาง(ไม่มีหน่วย)
หรือ คือ ดัชนีหักเหสัมพัทธ์ระหว่างตัวกลางที่ 2 เทียบกับตัวกลางที่ 1
c    = ความเร็วแสงในสุญญากาศ ( 3 X 108 m/s )

นั่นคือ ตัวกลางที่มีค่าดัชนีหักเหของแสงน้อย (ความหนาแน่นน้อย) แสงจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง
ตัวกลางที่มีค่าดัชนีหักเหของแสงมาก (ความหนาแน่นมาก) แสงจะเคลื่อนที่ด้วยความต่ำ
ข้อควรจำ n อากาศ = 1
ส่วน n ตัวกลางอื่น ๆ > 1 เสมอ

การหักเหของแสงเกิดขึ้นได้ 2 แบบ คือ

1.การหักเหเข้าหาเส้นแนวฉาก เกิดขึ้นเมื่อ
– แสงเดินทางจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยไปสู่ตัวกลางที่มีความหนาแน่นมาก
– แสงเดินทางจากตัวกลางที่มีดัชนีหักเหน้อยไปสู่ตัวกลางที่มีดัชนีหักเหมาก
– แสงเดินทางจากตัวกลางที่มีความเร็วมากไปสู่ตัวกลางที่มีความเร็วน้อย

image

2. การหักเหออกจากเส้นแนวฉาก เกิดขึ้นเมื่อ
– แสงเดินทางจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากไปสู่ตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อย
– แสงเดินทางจากตัวกลางที่มีดัชนีหักเหมากไปสู่ตัวกลางที่มีดัชนีหักเหน้อย
– แสงเดินทางจากตัวกลางที่มีความเร็วน้อยไปสู่ตัวกลางที่มีความเร็วมาก

image

มุมวิกฤติและการสะท้อนกลับหมด

มุมวิกฤติ คือมุมตกกระทบที่ทำให้มุมหักเหเท่ากับ 900 จะเกิดมุมวิกฤติได้เมื่อ

–    แสงเดินทางจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากไปสู่ตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อย
–    แสงเดินทางจากตัวกลางที่มีดัชนีหักเหน้อยไปสู่ตัวกลางที่มีดัชนีหักเหมาก
–    แสงเดินทางจากตัวกลางที่มีความเร็วมากไปสู่ตัวกลางที่มีความเร็วน้อย

การสะท้อนกลับหมดจะเกิดขึ้นในกรณีที่มุมตกกระทบโตกว่ามุมวิกฤติ ขณะที่เกิดการสะท้อนกลับหมด จะไม่มีแสงผ่านเข้าไปสู่ตัวกลางที่ 2 เลย

image

ให้จุดกำเนิดแสงอยู่ที่ S จะมีแสงออกจากจุด S นี้ไปยังจุดต่าง ๆ ของผิวแก้ว ดังรูป
ที่จุด A แสงจะพุ่งออกจากแก้วไปยังอากาศโดยไม่มีการหักเห ที่
ที่จุด B จะมีการหักเหเล็กน้อย และมีบางส่วนสะท้อนกลับมาในแก้ว
ที่จุด C จะมีการหักเหมากขึ้นเล็กน้อย และมีบางส่วนสะท้อนกลับมาในแก้ว
ที่จุด D จะไม่มีการหักเห แสงจากจุด S ทั้งหมดจะสะท้อนกลับมาในแก้ว ณ. จุดนี้จะเรียกมุม θc ว่า มุมวิกฤต (Critical angle) ทำให้เกิดปรากฏการณ์ การสะท้อนกลับหมด (Total reflection) หาค่ามุม θc ได้จากสมการ

θc= sin-1(n2/n1)

Read More
TOP

14.2.2 ภาพที่เกิดจากการสะท้อนบนกระจกผิวโค้งทรงกลม

 

 

clip_image001     clip_image001[8]

                      กระจกเว้ารวมแสง                                             กระจกนูนกระจายแสง  
          clip_image001[16]
               clip_image001[10]

รูปที่ 1

          กระจกเงาโค้งมี 2 แบบคือ กระจกเงาเว้า (concave mirror) และกระจกนูน (convex mirror) ความโค้งของกระจกที่กล่าวถึงนี้เป็นความโค้งส่วนหนึ่งที่ตัดมาจากวงกลม กระจกเว้าและกระจกนูนในเบื้องต้นแตกต่างกันที่ กระจกเว้ารวมแสงส่วนกระจกนูนกระจายแสง ดูรูปที่ 1 ประกอบในรูปดังกล่าว C คือจุดศูนย์กลางของรัศมีความโค้งของกระจก F คือ จุดโฟกัสของกระจก เส้นตรง ที่ลากผ่านจุด C F และจุดยอดของกระจกเรียกว่าเส้นแกนมุขสำคัญ

          ให้ R เป็น รัศมีความโค้งของกระจก f เป็นความยาวโฟกัสของกระจก (R =2f) วางวัตถุไว้หน้ากระจกเว้าหรือนูนห่างออกไประยะ s(ระยะวัตถุ) ภาพของวัตถุที่เกิดจากกระจกอยู่ห่างจากกระจกเป็นระยะ s’(ระยะภาพ)

เราจะได้ clip_image004 ……….(1)

          ซึ่งใช้ในการคำนวณหาระยะภาพ ระยะวัตถุหรือความยาวโฟกัส ส่วนการขยาย (M) คำนวณได้แบบเดียวกับกระจกราบ นอกจากนี้กรณีของกระจกโค้งเราสามารถคำนวณการขยายภาพได้อีกวิธี คือ

clip_image006 ………….(2)

การคำนวณเกี่ยวกับกระจกโค้งจำเป็นต้องคำนึงถึงเครื่องหมายของแต่ละตัวที่เกี่ยงข้องดังต่อไปนี้

ปริมาณ

เครื่องหมาย

ความหมาย

ระยะวัตถุ (S)         + วัตถุอยู่หน้ากระจก
        – วัตถุอยู่หลังกระจก
ระยะภาพ (S/)         + ภาพจริง
        _ ภาพเสมือน
ความยาวโฟกัส (f)         + กระจกเว้า
        _ กระจกนูน

การเขียนภาพเพื่อแสดงการเกิดภาพของวัตถุที่อยู่หน้ากระจกนูนหรือกระจกเว้าตามรูปทุกรูป ลากเส้นจากยอดวัตถุ 0 ขนานกับเส้นแกนมุขสำคัญชนกระจกแล้วลากผ่าน F และจากยอดวัตถุเช่นกันลากเส้นผ่านจุด C ไปตัดกับเส้นสะท้อนจากกระจกเส้นแรกที่ใดจะเกิดภาพที่นั่น “

ภาพแสดงการเกิดภาพของวัตถุที่อยู่หน้ากระจกนูนและกระจกเว้า โดยให้ระยะวัตถุมีค่าต่างๆกัน
กระจกเว้า
clip_image001

กรณีแรก : วัตถุอยู่เลยจุด C ออกไปจะได้ภาพจริงหัวกลับขนาดเล็กกว่าวัตถุ
ระยะวัตถุ S > R
ระยะภาพจะเกิดที่ R > S/ > f

clip_image001[4]

กรณีที่สอง:วัตถุอยู่ที่จุด C จะได้ภาพจริงหัวกลับที่เดียวกับวัตถุ และขนาดเท่าวัตถุ
ระยะวัตถุ S =R
ระยะภาพจะเกิดที่ S = R

clip_image001[6]

clip_image052กรณีที่สาม : วัตถุอยู่ระหว่างจุด C กับ F จะได้ภาพจริงหัวกลับขนาดโตกว่าวัตถุ
ระยะวัตถุ R > S > f
ระยะภาพจะเกิดที่ S > R

clip_image001[8]

กรณีที่สี่ : วัตถุอยู่ระหว่างกระจกกับจุด F จะได้ภาพเหมือนขนาดโตกว่าวัตถุ
ระยะวัตถุ  S > f
ระยะภาพจะเกิดที่  หลังกระจก

กรณีที่ห้า :วัตถุอยู่ที่จุด F จะได้ภาพที่ระยะอนันต์
ระยะวัตถุ  S = f
ระยะภาพจะเกิดที่ ระยะอนันต์

 

กระจกนูน

clip_image001[16]

จะได้ภาพเหมือนหัวตั้ง ขนาดเล็กกว่าวัตถุเสมอ ไม่ว่าวัตถุจะอยู่ตรงไหนของหน้ากระจก

โปรแกรมจำลองการเกิดภาพจากกระจกโค้ง

****  เปลี่ยนชนิดจาก lens เป็น Mirror แล้วลองลากเปลี่ยนตำแหน่งของวัตถุดูครับ กด + สำหรับกระจกเว้า
และ – สำหรับกระจกนูน

Read More
TOP

14.2 การสะท้อนของแสง

          เนื่องจากแสงเป็นคลื่น ดังนั้น การสะท้อนของแสงจะเป็นไปตามกฏเกณฑ์การ สะท้อนซึ่งมีสารสำคัญดังนี้

         · รังสีตกกระทบ รังสีสะท้อน และเส้นแนวตั้งฉากต้องอยู่ในระนาบเดียวกัน (ดูรูป 1 ประกอบ)
          · มุมตกกระทบ(qi ) เท่ากับมุมสะท้อน (qr ) ณ ตำแหน่งที่แสงตกกระทบ (ดูรูป 1 ประกอบ)

alt

รูป 1

รังสีสะท้อนจะมีความเป็นระเบียบถ้าระนาบการสะท้อนเป็นผิวเรียบ (รูป 2 ) รังสีสะท้อนจะไม่เป็นระเบียบถ้าระนาบมีผิวขรุขระ (รูป 3 )

clip_image002                    clip_image002[4]

รูป 2                                                    รูป 3

alt

14.2.1 ภาพในกระจกเงาราบ
14.2.2 ภาพที่เกิดจากการสะท้อนของแสงบนกระจกผิวโค้งทรงกลม
Read More
TOP

14.1 การเคลื่อนที่และอัตราเร็วของเสียง

สมบัติของแสง

         แสงที่กล่าวถึงในที่นี้คือแสงที่ตามนุษย์สามารถมองเห็นได้เช่นแสงจากดวงอาทิตย์ซึ่งเราเรียกว่า แสงขาว เป็นต้น แสงขาวดังกล่าวนั้นจะประกอบด้วยแสงสีต่างงๆหลายสี ได้แก่ แสงสีม่วงคราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด แดงดังรูปที่ 1 ซึ่งเราจะเห็นว่าแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กชนิดหนึ่ง ซึ่งแสงที่ตามองเห็นเป็นส่วนหนึ่งของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

รูปที่ 1 แสดงสเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

สมบัติของแสง (แสงขาว) สามารถสรุปได้ดังนี้

· เคลื่อนที่ในแนวเส้นตรง และจะเขียนแทนด้วย รังสีของแสง

· แสงเดินทางในสุญญากาศด้วยอัตราเร็ว 3 x 108 เมตรต่อวินาที

· เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ไม่ต้องอาศยตัวกลางในการเคลื่อนที่

· เป็นคลื่นตามขวาง เพราะสามารถเกิดโพลาไรซ์ได้

การวัดอัตราเร็วของแสง
 

รูปที่ 2

          กาลิเลโอ พยายามวัดอัตราเร็วของแสง โดยยืนบนยอดเขาคนละยอดกับอีกคนหนึ่ง แล้วนัดหมายเวลาในการส่องไฟ ดังรูป 3.2 เช่นให้คนที่ A เริ่มส่องไฟในเวลา 23.00 นาฬิกา ทันทีที่ B เห็นแสงไฟจาก A ให้ B ส่องไฟกลับไปยัง A คนที่ A จะจับเวลาตั้งแต่ที่เขาเริ่มส่องไฟจนเห็นแสงไฟส่องกลับมาจาก B อีกครั้ง ผลปรากฏว่าคนที่ Aไม่สามารถจับเวลานั้นได้เนื่องจากเวลานั้นได้เนื่องจากเวลานั้น สั้นมากเกินไป
จึงสรุปว่า อัตราเร็วของแสงสูงมาก

clip_image002[4]

รูปที่ 3

         โรเมอร์ สามารถแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าแสงมีอัตราเร็วจำกัด โดยการสังเกตุคาบการเคลื่อนที่ของดวงจันทร์วงในสุดที่เป็นบริวารของดาวพฤหัส พบว่าขณะที่โลกอยู่ตำแหน่ง A ดังรูปที่ 3 วัดคาบของดวงจันทร์เท่ากับ T1 เมื่อโลกโคจรต่อไปอีกครึ่งรอบมาอยู่ที่ตำแหน่ง B ดาวพฤหัสจะโคจรไปอยู่ที่ตำแหน่ง D คราวนี้จะวัดค่าของดวงจันทร์ได้เท่ากับ T2 เวลา T1ต่างจาก T2 อยู่ประมาณ 22 นาที เวลาของคาบที่ต่างกันนี้โรเมอร์อธิบายว่า เป็นเพราะแสงเป็นระยะทางเพิ่มขึ้นเท่ากับประมาณเส้นผ่านศูนย์กลางของวงโคจรของโลก ทำให้โรเมอร์คำนวณอัตราเร็วของแสงได้จาก

c = D/DT

เมื่อ c = อัตราเร็วของแสง มีหน่วยเป็น เมตรต่อวินาที

D  = เส้นผ่านศูนย์กลางวงโคจรของโลก มีหน่วยเป็น เมตร

DT = เวลาทีต่างกันของ T1 กับ T2 มีหน่วยเป็น วินาที

clip_image002[6]

รูปที่ 4

          ฟิโซ สามารถหาอัตราเร็วแสงได้โดยใช้เครื่องมือ ดังรูปที่ 4 โดยมีหลักการดัง
นี้ ให้แสงจากแหล่งกำเนิดของแสงเดินทางตกกระทบกระจกเงาราบ M1 แสงสะท้อนจาก M1 เดินทางผ่านช่องว่างของเฟื่องซึ่งกำลังหมุนออกไปตกกระทบกับกระจกงาน M2 ซึ่งห่างออกไป 8.63 กิโลเมตร แล้วสะท้อนกลับมาในแนวเดิม และเดินผ่านกระจก M1 ผ่านไปสู่ตาได้ เพราะ M1 เป็นกระจกเงาที่ฉาบสารสะท้อนแสงไว้เพียงครึ่งเดียว ถ้าเฟื่องหมุนด้วยความเร็วพอเหมาะตาจะไม่สามารถมองเห็นแสงที่สะท้นกลับมาจาก M2 เลยด้วยวิธีนี้ฟิโซจะคำนวณอัตราเร็วของเเสงได้จาก

c = 4ndf

เมื่อ c = อัตราของแสงมีหน่วยเป็น เมตรต่อวินาที

n = จำนวนซี่ของเฟื่อง

d = ระยะระหว่างเฟื่องถึงกระจก M2 มีหน่วยเป็นเมตร

f = ความถี่ในการหมุนของเฟื่องที่พอดีเริ่มทำให้มองไม่เห็นแสงสะท้อนจาก M2 มีหน่วยเป็น รอบต่อวินาที

Read More
TOP

บทที่ 14 แสงและทัศนอุปกรณ์

14.1 การเคลื่อนที่และอัตราเร็วของเสียง
14.2 การสะท้อนของแสง

14.2.1 ภาพในกระจกเงาราบ
14.2.2 ภาพที่เกิดจากการสะท้อนของแสงบนกระจกผิวโค้งทรงกลม

14.3 การหักเหของแสง

14.3.1 กฎการหักเหของแสง
14.3.2 ความลึกจริง ความลึกปรากฏ

14.4 เลนส์บาง
14.5 ปรากฏการณ์ที่เกี่ยวกับแสง

14.5.1 การกระจายแสง
14.5.2 การสะท้อนกลับหมดของแสง
14.5.3 รุ้ง
14.5.4 มิราจ

14.6 ทัศนอุปกรณ์

14.6.1 เครื่องฉายภาพนิ่ง
14.6.2 กล้องถ่ายรูป
14.6.3 กล้องจุลทรรศน์
14.6.4 กล้องโทรทรรศน์

14.7 ความสว่าง
14.8 การถนอมสายตา

14.8.1 การดูวัตถุที่มีความสว่างมาก
14.8.2 การดูวัตถุที่มีความสว่างน้อย
14.8.3 การดูผ่านทัศนอุปกรณ์

14.9 ตาและการมองเห็นสี
14.10 สี

14.10.1 การผสมสี
14.10.2 การผสมแสงสี

การทดลองและกิจกรรม

การทดลอง 14.1 การหักเหของแสง
การทดลอง 14.2 การหักเหของแสงผ่านเลนส์นูน
การทดลอง 14.3 เครื่องฉายภาพนิ่ง
การทดลอง 14.4 กล้องจุลทรรศน์
การทดลอง 14.5 กล้องโทรทรรศน์
การทดลอง 14.6 สีของวัตถุ
การทดลอง 14.7 การผสมแสงสีบนฉากขาว

โจทย์แบบฝึกหัดบทที่ 14
Read More