เลนส์บาง และปรากฏการณ์ของแสง

เลนส์บาง

กล้องจุลทรรศน์ กล้องดูดาว และกล้องถ่ายรูป ล้วนเป็นอุปกรณ์ที่ใช้เลนส์ช่วยในการทำให้เกิดภาพ โดยใช้หลักการหักเหของแสง

เลนส์ คือ ตัวกลางโปร่งใสที่มีผิวหน้าเป็นผิวโค้ง ผิวโค้งของเลนส์อาจจะมีรูปร่างเป็นพื้นผิวโค้งทรงกลม ทรงกระบอก หรือ พาราโบลาก็ได้ เลนส์แบบง่ายสุดเป็นเลนส์บางที่มีผิวโค้งทรงกลม โดยส่วนหนาสุดของเลนส์จะมีค่าน้อยเมื่อเทียบกับรัศมีความโค้ง เลนส์แบ่งออกเป็น 2 ชนิด คือ เลนส์นูน (Convex lens ) กับเลนส์เว้า (Concave lens )
เลนส์นูน คือ เลนส์ที่มีตรงกลางหนากว่าตรงขอบเสมอ เมื่อผ่านลำแสงขนานเข้าหาเลนส์จะทำให้รังสีตีบเข้าหากัน และไปตัดกันจริงที่จุดโฟกัสจริง ( Real focus ) ดังรูป

เลนส์นูนสองด้าน ( Double Convex Lens) ดังรูป a
เลนส์นูนแกมราบ ( Plano Convex Lens) ดังรูป b
เลนส์นูนแกมเว้า ( Concavo Convex Lens) ดังรูป c

เลนส์เว้า คือ เลนส์ที่มีตรงกลางบางกว่าตรงขอบเสมอ เมื่อผ่านลำแสงขนานเข้าหาเลนส์จะทำให้รังสีถ่างออกจากกันและ ถ้าต่อแนวรังสี จะพบว่ารังสีจะไปตัดกันที่จุดโฟกัสเสมือน ( Virtual focus ) ดังรูป

เลนส์เว้า 2 ด้าน ( Double Concave Lens ) ดังรูป a
เลนส์เว้าแกมราบ ( Plano Concave Lens) ดังรูป b
เลนส์เว้าแกมนูน ( Convexo Concave Lens ) ดังรูป c

ส่วนประกอบที่สำคัญของเลนส์

เลนส์นูน ดังรูป

เลนส์เว้า ดังรูป

– แกนมุขสำคัญ ( Principle Axis ) ของเลนส์ ( ) คือเส้นตรงที่ลากผ่านจุดศูนย์กลางความโค้ง
– จุดโฟกัสของเลนส์นูน ( Principle Focus ,จุด ) คือ จุดที่รังสีขนานเดิมตีบไปตัดกัน
– Optical Center ของเลนส์ ( จุด O) คือ จุดที่อยู่บนแกนมุขสำคัญ ซึ่งรังสีเมื่อผ่านเข้าเลนส์และผ่านจุดนี้แล้ว แสงที่ผ่านออกมาจะมีแนวขนานกับรังสีเดิม
– จุดโฟกัสจริง เป็นจุดที่อยู่บนแกนมุขสำคัญของเลนส์นูน ลำแสงขนานเมื่อผ่านเลนส์นูนจะหักเหไปตัดกันจริงที่จุดโฟกัส ซึ่งอยู่ในด้านตรงข้ามกับวัตถุ
– จุดโฟกัสเสมือน เป็นจุดที่อยู่บนแกนมุขสำคัญของเลนส์เว้า ลำแสงขนานเมื่อผ่านเลนส์เว้าจะหักเหออกจากกัน โดยมีแนวรังสีเสมือนไปตัดกันที่จุดโฟกัสเสมือน ซึ่งอยู่ด้านเดียวกับวัตถุ
– ความยาวโฟกัส (f ) คือ ระยะจากจุดโฟกัสถึงจุด Optical Center ดังรูปด้านบน

วิธีเขียนทางเดินแสงเพื่อหาตำแหน่งภาพของวัตถุ ของเลนส์ทั้งสอง มีขั้นตอนดังนี้

– จากวัตถุลากรังสีขนานกับแกนมุขสำคัญ ตกกระทบกับเลนส์ แล้วหักเหผ่านจุดโฟกัส
– จากวัตถุลากรังสีผ่านจุด Optical Center แล้วต่อรังสีให้ตัดกับรังสีในขั้นตอนแรกตำแหน่งที่รังสีตัดกัน คือ ตำแหน่งภาพ ดังรูป

ภาพที่เกิดจากเลนส์นูน

 

ภาพที่เกิดจากเลนส์เว้า

สังเกตได้ว่า ภาพที่เกิดจากเลนส์นูนเป็นได้ทั้งภาพจริงและภาพเสมือน ส่วนภาพที่เกิดขึ้นจากเลนส์เว้าเป็นภาพเสมือนเท่านั้น

ภาพโดย  ครูไพบูลย์ บุญชม

ทดลอง

สูตรที่ใช้ในการคำนวณ

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 มีดัชนีของตัวกลางเนื้อเดียวกันของแสงแต่ละสีไม่เท่ากัน

4. มุมที่รังสีหักเหออกจากปริซึมทำกับรังสีตกกระทบที่ผิวแรกของปริซึม เรียกว่า มุมเบี่ยงเบน (n)

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

Advertisements

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