แสงและเลนส์

                แสงเป็นพลังงานรูปหนึ่ง เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ความเร็วในสุญญากาศคือ 3×10⁸ m/s มีคุณสมบัติ 4 อย่าง คือ

การสะท้อน การหักเห การแทรกสอด และการเลี้ยวเบน

การสะท้อนของแสง (Reflection of light)

                เกิดจากการที่แสงเคลื่อนที่ไปกระทบวัตถุทึบแสง จึงเกิดการเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่ การสะท้อนนั้นขึ้นอยู่กับลักษณะผิววัตถุ

Normal line คือ เส้นปกติ เป็นเส้นที่ลากตั้งฉากกับวัตถุ ตรงตำแหน่งรังสีตกกระทบ

Incident ray คือ รังสีตกกระทบ เป็นแนวการเคลื่อนที่ของแสงที่ตกกระทบวัตถุ

Reflected ray คือ รังสีสะท้อน เป็นแนวการเคลื่อนที่ของแสงที่สะท้อนจากวัตถุ

Angle of incidence ( i ) คือ มุมตกกระทบ เป็นมุมระหว่างรังสีตกกระทบกับเส้นแนวตั้งฉาก

Angle of reflection ( r ) คือ มุมสะท้อน เป็นมุมที่อยู่ระหว่างรังสีสะท้อนและเส้นปกติ

การสะท้อนของแสงขึ้นอยู่กับลักษณะของผิววัตถุ

กฎการสะท้อนของแสง

1.จุดที่แสงตกกระทบมีรังสีตกกระทบ รังสีสะท้อน และเส้นปกติอยู่บนระนาบเดียวกัน

2.มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน

การเกิดภาพในกระจกเงาราบ

1.วัตถุเป็นจุดวางอยู่หน้ากระจกเงาราบ การหาระยะ P เป็นวัตถุที่เป็นจุดดังรูป

เมื่อให้ PB คือ รังสีจากวัตถุที่ตกกระทบกับกระจกเงาราบ และ BQ คือ รังสีสะท้อน

ถ้าต่อ QB ไปตัดกับส่วนต่อของ PA ที่จุด P’ ที่เป็นภาพจุด P ดังรูป

2.วัตถุมีขนาดวางอยู่หน้ากระจกเงาราบ วัตถุ PQ มีลักษณะเป็นเส้นตรงและยาว y ดังรูป

3.ภาพที่เกิดในกระจกเงาระนาบสองบานทำมุม

   1)ภาพแรกที่เกิดขึ้น จะเป็นวัตถุของการสะท้อนครั้งที่ 2

   2)ภาพที่ 2 ที่เกิดขึ้น มีระยะภาพเท่ากับระยะวัตถุ

   3) ถ้าภาพที่ 2 ยังอยู่หน้ากระจกเงาระนาบของบานแรก ภาพนั้นจะเป็นวัตถุในการสะท้อนต่อไป

ถ้าผลลัพธ์ n ที่ได้ไม่ลงตัว ให้ปัดขึ้นเป็นจำนวนเต็ม

ตัวอย่าง

ตัวอย่าง

การเกิดภาพในกระจกเงาโค้งทรงกลม

                กระจกเงาโค้งทรงกลมเป็นส่วนหนึ่งของผิวโค้งทรงกลม มี 2 ชนิด

กระจกเว้า คือ กระจกที่มีผิวโค้งเว้าเป็นผิวสะท้อนแสง

กระจกนูน คือ กระจกที่มีผิวโค้งนูนเป็นผิวสะท้อนแสง

C คือ จุดศูนย์กลางความโค้งกระจก

R คือ รัศมีความโค้งของกระจก

V คือ จุดกึ่งกลางบนผิวโค้งของกระจก

เส้นแกนมุขสำคัญ คือ เส้นตรงที่ลากผ่านจุด C ไปยังจุด V

F คือ จุดโฟกัสเป็นจุดกึ่งกลางระหว่าง C กับ V

·       ภาพที่เกิดจากกระจกเว้า

·       ภาพที่เกิดจากกระจกนูน

·       สูตรที่ใช้ในการคำนวณการเกิดภาพในกระจกเว้าและกระจกโค้ง

ตัวอย่าง



การหักเหของแสง (Refraction of light)

กฎของสเนลล์ (Snell’s law)

ตัวอย่าง

มุมวิกฤต

          มุมวิกฤต คือ มุมที่ตกกระทบที่ทำให้เกิดมุมหักเหเป็นมุม 90 ํ พอดี เกิดจากแสงจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากกว่าไปสู่ตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า หรือแสงจากตัวกลางที่มีดัชนีหักเหมากไปสู่ตัวกลางที่มีดัชนีหักเหน้อยกว่า

กฎของสเนลล์

                 การสะท้อนกลับหมด (Total reflection) คือ ปรากฏการณ์ที่เกิดจากมุมตกกระทบมีขนาดโตกว่ามุมวิกฤต จะทำให้แสงเกิดการสะท้อนกลับสู่ตัวกลางเดิมทั้งหมด ไม่มีการหักเหออกไปอีก

ลึกจริง ลึกปรากฏ

ตัวอย่าง

เลนส์

เลนส์ คือ ตัวกลางโปร่งแสงที่สามารถรวมแสงหรือกรายแสงโดยอาศัยการหักเหของแสงที่เดินทางผ่านเลนส์ แล้วเกิดการหักเห โดยรังสีหักเหไปตัดกันที่จุดโฟกัส ซึ่งจะเป็นจุดโฟกัสจริงสำหรับเลนส์นูน และเป็นจุดโฟกัสเสมือนสำหรับเลนส์เว้า เลนส์มี 2 ชนิด

1.เลนส์นูน มีลักษณะขอบบาง กลางหนา และมีคุณสมบัติรวมแสง

2.เลนส์นูน มีลักษณะขอบบาง กลางบาง และมีคุณสมบัติกระจายแสง

·       ภาพที่เกิดจากเลนส์นูน

·       ภาพที่เกิดจากเลนส์เว้า

ตัวอย่าง

ปรากฏการณ์ที่เกี่ยวกับแสง

การกระจายแสง (dispersion of light)

1.เมื่อแสงขาว ส่องผ่านปริซึมสามเหลี่ยม แสงจะเกิดการหักเห 2 ครั้ง

   1) หักเหจากอากาศไปปริซึม

   2) หักเหจากปริซึมไปอากาศ

2.เมื่อแสงขาวเกิดการหักเห

   1)แสงขาวจะแยกออกเป็นแถบสี 7 สี คือ ม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด แดง เรียกแถบทั้ง 7 สีว่า สเปกตรัมของแสงขาว (spectrum of white light)

   2)ปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นเรียกว่า การกระจายแสง

3.การที่แสงแต่ละสีมีการหักเหที่ผิวรอยต่อระหว่างคู่เดียวกันไม่เท่ากัน แสดงว่า มีดัชนีของตัวกลางเนื้อ   

   เดียวกันของแสงแต่ละสีไม่เท่ากัน

4.มุมที่รังสีหักเหออกจากปริซึมทำกับรังสีตกกระทบที่ผิวแรกของปริซึม เรียกว่า มุมเบี่ยงเบน

รุ้ง

                รุ้ง คือ ปรากฏการณ์ที่เกิดจากการกระจายของแสง ซึ่งอาจจะเห็นก่อนหรือหลังฝนตก เกิดจากการที่แสงส่องผ่านละอองแล้วเปิดการกระจายแสงและสะท้อนกลับหมด ทำให้ได้สเปกตรัมของแสงขาวแล้วหักเหออกสู่อากาศเข้าสู่ตาคน แบ่งได้ 2 ชนิด

        1.รุ้งปฐมภูมิ (primary rainbow) เกิดจากแสงตกกระทบหยดน้ำ ทางขอบบน เกิดการหักเห 2 ครั้งสะท้อนกลับหมด 1 ครั้ง โดยจะเห็นเป็นสีต่าง ๆ กันมีสีแดงอยู่บนและมีสี ม่วงอยู่ล่างสุด

        2.รุ้งทุติยภูมิ (secondary rainbow) เกิดจากแสงตกกระทบหยด น้ำทางขอบล่าง เกิดการหักเห 2 ครั้งสะท้อนกลับหมด 2 ครั้ง โดยจะเห็นเป็นสีต่าง ๆ กันมีสีม่วงอยู่บนและมี สีแดงอยู่ล่างสุด

มิราจ

                มิราจ คือ ปรากฏการณ์ที่เกิดจากการหักเหของแสงในบรรยากาศชั้นต่างๆ เนื่องจากความหนาแน่นของอากาศในชั้นต่างๆไม่เท่ากัน และแตกต่างกันมาก เช่น การเห็นต้นไม้อยู่ใต้พื้นทราย การเห็นน้ำท่วมบนพื้นถนนในขณะอากาศร้อนทั้งๆที่พื้นถนนแห้ง