การเคลื่อนที่และการสะท้อนของแสง

การเคลื่อนที่ของแสงและอัตราเร็วของแสง

แสงจะเกี่ยวข้องกับชีวิตของเราตลอด รวมทั้งปรากฏการณ์ต่าง ๆ ของแสง จากแหล่งกำเนิดหลากหลายชนิด แต่เราทราบหรือไม่ว่า ธรรมชาติของแสงเป็นอย่างไร แสงเคลื่อนที่อย่างไร และเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วเท่าใด
แสงที่ตามองเห็น เช่นแสงจากดวงอาทิตย์ หรืออีกอีกอย่างว่า แสงขาว แสงขาวดังกล่าวนั้นจะประกอบด้วยแสงสีต่าง ๆ หลายสี ได้แก่ แสงสีม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด แดง ดังรูป

แสงสีดังกล่าวอยู่ในช่วงความถี่หนึ่ง จัดเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เช่นเดียวกับ ไมโครเวฟ อุลตราไวโอเลต ฯลฯ ในสุญญากาศแสงจะเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงด้วยอัตราเร็วต่างๆ ตามชนิดของตัวกลาง

จากตารางจะเห็นว่าแสงเคลื่อนที่ได้เร็วมากในอากาศ ซึ่งประมาณได้ว่า อัตราเร็วของแสงในอากาศเท่ากับสุญญากาศ การเรียกระยะทางที่แสงเคลื่อนที่ได้ในสุญญากาศในเวลา 1 ปี จะเรียกว่า ระยะทาง 1 ปีแสง

ในการศึกษาคลื่นแสงเกี่ยวกับคุณสมบัติต่างๆ  จะเขียนเส้นตรงแสดงหน้าคลื่น และใช้รังสีแสดงทิศทาง ดังรูป

 การสะท้อนของแสง (Reflection of Light)

เมื่อแสงเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางที่มีความหนาแน่นสม่ำเสมอ เช่น น้ำ อากาศ แท่งพลาสติกใส หรือสุญญากาศ แสงจะเคลื่อนที่เป็นแนวตรง  และถ้าแสงเคลื่อนที่ไปกระทบวัตถุต่างชนิดกันแล้วเป็นวัตถุทึบแสงที่มีผิวขัดมัน  แสงจะเปลี่ยนทิศการเคลื่อนที่ ณ ตำแหน่งบนผิวที่แสงกระทบและเคลื่อนที่ย้อนกลับในตัวกลางเดิม เรียกการเปลี่ยนทิศการเคลื่อนที่ของแสงนี้ว่า การสะท้อน

image 1

ที่มา http://arts.kmutt.ac.th

ตามปกติเมื่อแสงตกกระทบวัตถุใด วัตถุส่วนมากจะดูดกลืนแสงไว้ส่วนหนึ่ง และแสงส่วนที่เหลือจะสะท้อนที่ผิววัตถุ สำหรับวัตถุที่เป็นกระจกเงา  แสงจะสะท้อนเกือบทั้งหมด โดยทั่วไปลักษณะการสะท้อนของแสงขึ้นกับลักษณะผิวของวัตถุ  ดังรูป

regular and diffuse reflection
ที่มา http://olc.spsd.sk.ca/de/physics20/light/applications_diffuse.htm

การสะท้อนของแสงที่เกิดขึ้นบนวัตถุในแต่ละผิวจะให้ผล เช่นเดียวกันคือ  รังสีตกกระทบ  รังสีสะท้อนและเส้นแนวฉาก จะอยู่บนระนาบเดียวกัน นอกจากนี้ มุมตกกระทบ (i)  และมุมสะท้อน (r)  ในแต่ละกรณีก็มีค่าเท่ากัน ดังรูป

ที่มา http://olc.spsd.sk.ca/de/physics20/light/laws_reflection.htm

***ควรทำความเข้าใจ

จึงสรุปเป็น กฎการสะท้อนของแสง ที่ผิววัตถุใด ๆ ได้ดังนี้

                    1. ณ ตำแหน่งที่แสงตกกระทบ รังสีตกกระทบ รังสีสะท้อน และเส้นแนวฉาก อยู่ในระนาบเดียวกัน

                    2. มุมตกกระทบ i เท่ากับ มุมสะท้อน r

ภาพในกระจกเงาราบ

ภาพของวัตถุในกระจกเงาราบ จะอยู่หลังกระจก ถ้าวัตถุนั้นมีลักษณะเป็นจุด ภาพก็เป็นจุด   วัตถุที่มีขนาด ภาพก็มีขนาด โดยมีขนาดภาพเท่ากับขนาดวัตถุเสมอ และระยะภาพจะเท่ากับระยะวัตถุด้วยเมื่อวัดจากกระจกเงาราบ  ภาพที่เกิดขึ้นในลักษณะนี้ จึงเรียกว่า ภาพเสมือน เราสามารถแสดง ตำแหน่งและขนาดของภาพที่เกิดหลังกระจกได้ โดยใช้กฎการสะท้อนของแสง ดังรูป

รูป แสดงการเกิดภาพเสมือนด้านหลังกระจกเงาระนาบกรณีวัตถุเป็นจุด และวัตถุมีขนาด

สรุปเกี่ยวกับวัตถุที่อยู่หน้าผิวสะท้อนราบได้ว่า

                      1. ระยะภาพเท่ากับระยะวัตถุ

                      2. ขนาดภาพเท่ากับขนาดวัตถุ

3. ภาพที่เกิดขึ้นเป็นภาพเสมือนหัวตั้งเสมอ

สิ่งควรทราบ

อัตราเร็วของภาพเมื่อมีการเลื่อนวัตถุเข้า – ออกจากกระจก

                                                                      อัตราเร็วภาพ = อัตราเร็ววัตถุ

อัตราเร็วภาพเมื่อมีการเลื่อนกระจกเข้า – ออกจากวัตถุนิ่ง

                             อัตราเร็วภาพ = 2(อัตราเร็วเร็วในการเลื่อนกระจก)

จำนวนภาพที่เกิดขึ้นเมื่อกระจกสองบานทำมุมต่อกัน หาได้จาก

**ถ้าผลลัพธ์ n ที่ได้ไม่ลงตัว ให้ปัดขึ้นเป็นจำนวนเต็ม

ความยาวน้อยสุดของกระจกที่สามารถส่องเห็นคนได้เต็มตัว = ความสูงคน/2

ภาพที่เกิดจากการสะท้อนของแสงบนกระจกผิวโค้งทรงกลม

ภาพที่เกิดจากการสะท้อนของแสงบนกระจกผิวโค้งทรงกลม จะเกิดภาพที่อยู่ได้ทั้งด้านหน้ากระจกและหลังกระจก ในลักษณะทั้งหัวตั้งและหัวกลับ   ระยะภาพอยู่ใกล้หรือไกลจากกระจกขึ้นกับระยะวัตถุ และขนาดของภาพเล็กกว่าหรือใหญ่กว่าวัตถุ  ภาพที่ได้เป็นเช่นนี้เนื่องจากการสะท้อนของแสง และลักษณะความโค้งของกระจก ทำให้เห็นภาพลักษณะต่าง ๆ กันออกไป  ดังนั้นการอธิบายภาพที่เกิดขึ้นจึงต้องเข้าใจส่วนต่าง ๆ ของกระจกเงาโค้ง  และชนิดของกระจกเงาโค้ง

กระจกเงาโค้งทรงกลม  จะมี 2 ชนิด คือ 1. กระจกเว้า  2. กระจกนูน

ส่วนต่าง ๆ ของกระจกที่ควรทราบ

 C คือ ศูนย์กลางความโค้งของกระจก

R   คือ รัศมีความโค้งของกระจก เป็นเส้นตรงที่ลากจุดยอดถึงศูนย์กลางความโค้งของกระจก

V   คือ จุดยอดของกระจกโค้ง

              เส้นแกนมุขสำคัญ เป็นเส้นตรงที่ลากผ่านจุดยอด V  และจุดศูนย์กลางความโค้ง C

F    คือ จุดโฟกัส  เป็นจุดรวมของรังสีสะท้อน ที่สะท้อนมาจากรังสีตกกระทบทั้งหลายที่ขนานกับเส้นแกนมุขสำคัญ

f     คือ  ความยาวโฟกัส   เป็นระยะจากจุดยอดของกระจกถึงจุดโฟกัส

พิจารณาจากรูป

      การหาตำแหน่งภาพของวัตถุมีขนาดที่อยู่หน้ากระจกเว้า สรุปเป็นหลักที่ใช้ในการเขียนรูปแสดงการเกิดภาพดังนี้

  1. เขียนรังสีตกกระทบจากปลายวัตถุถึงผิวกระจกในแนวซึ่งมีขนานกับเส้นแกนมุขสำคัญจะได้รังสีสะท้อนจากผิวกระจกผ่านโฟกัส
  2. เขียนรังสีตกกระทบจากปลายวัตถุผ่านศูนย์กลางความโค้งถึงผิวกระจก จะได้รังสีสะท้อนจากผิวกระจกย้อนกลับทางเดิม
  3. จุดตัดของรังสีสะท้อนเป็นตำแหน่งที่เกิดภาพ (ตัดจริงเรียก ภาพจริง , เกิดจากการต่อแนวรังสีสะท้อนตัดหลังกระจกเรียก ภาพเสมือน)

รูป แสดงการเขียนทางเดินแสงเพื่อหาตำแหน่งภาพที่เกิดขึ้นเมื่อวัตถุอยู่หน้ากระจกเว้า

รูป แสดงการเขียนทางเดินแสงเพื่อหาตำแหน่งภาพที่เกิดขึ้นเมื่อวัตถุอยู่หน้ากระจกนูน

 ข้อสังเกต  จะได้ว่ากระจกเว้า เกิดได้ทั้งภาพจริงและภาพเสมือน ขนาดเล็ก, ใหญ่และเท่ากับวัตถุ

สำหรับกระจกนูน เกิดเฉพาะภาพเสมือนหัวตั้งขนาดเล็กกว่าวัตถุเท่านั้น

สูตรที่ใช้ในการคำนวณการเกิดภาพในกระจกเว้าและกระจกโค้ง

หมายเหตุ   ในการแทนเครื่องหมาย สำหรับกระจกโค้งเว้า ความยาวโฟกัสแทนเครื่องหมาย +

                                                 กระจกโค้งนูน ความยาวโฟกัสแทนเครื่องหมาย –

สำหรับภาพที่เกิดหลังกระจกเงาระยะภาพมีเครื่องหมาย –

ใส่ความเห็น

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Connecting to %s