ฟสกสคลน เสยง แสง

ชอโครงงาน (ภาษาไทย)สอการเรยนการสอนเรอง คลน เสยง แสง

ชอโครงงาน (ภาษาองกฤษ)Wave Sound Light for learning

ประเภทโครงงาน สอการเรยนการสอนชอผจดท า 1.นายพงปภส ภทรวรธญวชย

2.นายอศรพงษ แกววน

ชอทปรกษา คณครเขอนทอง มลวรรณระยะเวลาด าเนนงาน 3 เดอน

ทมาและความส าคญของโครงงานเนองจากเนอหาวชาฟสกสในเรองของคลน เสยง แสง เปนสงทมองไมเหน จงท า

ใหเขาใจเนอหาไดยาก มองไมเหนภาพ จงไดคดท าสอการเรยนรในเรองของคลน เสยง แสง ซงเปนเนอหาทคอนขาวอธบายไดยาก โดยการทจะน าเสนอในรปแบบของภาพและมค าบรรยายประกอบ ซงสอการเรยนรนจะชวยใหผทก าลงศกษารายวชาฟสกส ในเรองของคลน เสยง แสง ไดเขาใจ เนอหาและเหนภาพประกอบชดเจนมากยงขน

วตถประสงค1.เพอใหความรเกยวกบเรอง คลน เสยง แสง2.เพอน าความรทไดไปปรบใชในชวตประจ าวน3.เพอเปนสอการเรยนการสอนในเรอง คลน เสยง แสง

คลน

แสง

เสยง

แหลงอางอง ผจดท า

คลน

เชน คลนน า คลนในเสนเชอก และคลนเสยง เปนตน แตส าหรบคลนแสง วทย รงสเอกซเหลาน ไมตองการอนภาคตวกลาง แตทวาจะมการเปลยนแปลงของขนาดเวกเตอรความเขมสนามแมเหลกไฟฟา

Main Manu Manu คลน

คลนดลและคลนตอเนอง ประเภทคลน

หลกเบองตนของการเปรยบเทยบการเกดคลน

Main Manu

ความหมายของปรมาณเบองตนของคลน

คลน

สมบตของคลนหลกการรวมไดของคลน

คลน

คลนดลและคลนตอเนอง

คลนดล(pulse) คอ คลนจ านวนนอย ทไดจากการท าใหเกดคลนเสยงชวงสนๆ จะเกดเพยง 2-3 คลนเทานน เชน การสมผสน าเพยงครงเดยว กจะเกดคลนดลขน แตถาสมผสผวน าใหเปนจงหวะตดตอกนไป จะเกดคลนตอเนองกนไปอยางสม าเสมอ ตามจงหวะการสมผสน า คลนชนดนเรยกวา คลนตอเนอง(continuous wave)

Main Manu คลน

คลน

ประเภทของคลน แบงตามลกษณะการเคลอนทของตวกลาง คอ

1.คลนตามขวาง(transverse wave) อนภาคของตวกลาง เคลอนทกลบไปมา ในทศทางตงฉากกบแนวการเคลอนทของคลน

เชน คลนน า และคลนจากการสะบดเสนเชอก หรอถาเปนคลนทไมตองการตวกลาง เชน คลนแมเหลกไฟฟาชนดตางๆ

Main Manu คลน

คลน

2.คลนตามยาว(longitudinal wave) เกดขนเฉพาะในตวกลาง โดยอนภาคตวกลางมการเคลอนไหวไปมอยบนแนวการเคลอนทของคลน

เชน การอดหรอดงสปรงแลวปลอยใหมการสน หรอคลนเสยงอนเกดจากการอดและขยายตวตอเนองของอากาศไปตามแนวการเคลอนทของคลนเสยง

Main Manu คลน

คลน

การเปรยบเทยบกนระหวางคลนตามขวางและคลนตามยาว

แมวาจะเปนคลนตางชนดกน แตสามารถจะเปรยบเทยบเพอเปนหลกในการค านวณขนตอไปอยางเปนกลางได คอ เมอคลนตามขวางเกดขน สวนทตรงกบการเคลอนท หางจากแนวสมดลของอนภาคไปไกลสดทางหนงนน เทยบไดกบการขยายตวมากทสดของอนภาคในการเกดคลนตามยาว สวนทตรงกบการเคลอนทตงฉากออกไปไกลสดทางอกทางหนง ของคลนตามขวางนน เทยบไดกบการอดตวมากทสดของอนภาคในคลนตามยาว

Main Manu คลน

คลน

Main Manu คลน

คลนหลกเบองตนของการเปรยบเทยบการเกดคลน

ใหเทยบการเกดคลนกบการหมนเปนวงกลมของวตถดงตอไปน

เรมตนจากวตถอยท A หมนเปนวงกลมรอบจด O โดยหมนไปสจด B,C และ D แลววนไปครบทจด A

Main Manu คลน

คลน

เมอเปรยบเทยบคลนกเสมอนวาคลนปรากฏสวนครงวงกลมตามสวนโคง ABC พอไปถงจด C กเสมอนวาจบจด C ไวใหแนน แลวตดเอาสวนโคงสวนลาง CDA ออกไปทางขวาเปนการครบคลน จงสรปไดวา การหมนเปนวงกลมครบหนงรอบเทยบไดกบหนงคลนพอด

การหมนรอบตอไปกเทยบเปนคลนถดไป ดวยเหตนการหมนเปนวงกลมไปเรอยๆกเทยบไดกบคลนตอเนองนนเอง

Main Manu คลน

คลน

ความหมายของปรมาณเบองตนของคลน

จากการพจารณารปตอไปน ถาถอวา OA อยในแนวเทยบเรมตน มมเปน 0 องศา เมอหมนไปถงจด B จด B จะอยหางจากแนวเทยบเปนระยะ YB และมมทหมนไปคอ ØB เมอหมนไปถงจด D จด D กจะหางจากแนวเทยบเปนระยะ YD และมมมหมนไป ØD

Main Manu คลน

คลน

เมอเทยบกบคลนดงปรากฏในรปกจะก าหนดปรมาณเบองตนไวคอ

1.ขนาดของการขจด(displacement) หมายถงระยะทคลนหางออกไปจากแนวสมดลใดๆ ในทนคอ YB และ YD

2.แอมปลจด(amplitude) หมายถงระยะทคลนหางจากแนวสมดลไกลสด ในทนคอ Ymax ซงรวมถงระยะสงสดและต าสดของคลนวดจากแนวสมดล

Main Manu คลน

คลน

3.เฟส(phase) เปนค าซงใชในส าหรบก าหนดถงลกษณะใดลกษณะหนงของการเคลอนทซงเปนรอบ เชน การบอกคลนทจด B กบอกวามเฟส ØB คลนทจด D มเฟส ØD เปนตน โดยมากมกจะบอกความตางของเฟสจากจดคหนงแทนเพราะการก าหนดวาทใดมเฟสเปนศนยนนไมส าคญนก

Main Manu คลน

คลน

4.ความยาวคลน(wavelenght) คอระยะทางวดระหวางจดบนลกคลนหนง ไปถงจดทมเฟสเหมอกนบนคลนถดไป รวมทงการวดระหวางหวคลนหรอระหวางทองคลนทอยถดกนกได ซงตางกเปนความยาวคลนทงนน

5.ความถ(frequency,f) คอจ านวนรอบทมการหมนเปนวงกลมในเวลาจ ากด เชน 1 วนาท อนจะท าใหเกดคลนขนเปนจ านวนนนในเวลาอนนนดวย หนวยของความถเปน รอบ/วนาท หรอ ครง/วนาท ในหนวยเอสไอ เรยกวา เฮรตซ (hertz,Hz)

Main Manu คลน

คลน

6.เวลาครอบรอบ(period,T) เปนเวลาการหมนครอบ 1 รอบ หรอเวลาทท าใหเกด 1 คลน อาจจะเทยบกบเวลาทน าทต าแหนงหนง เคลอนทมลกษณะขนเปนสน แลวเคลอนทลงจนกลบมาขนมาเปนลกษณะเดมอก ดงนน

Main Manu คลน

คลน

7.ความเรวคลน(velocity) เปนการเรยกอยางสนๆ ของความเรวเฟสของคลน หมายถง ความเรวทคลนเคลอนทไปใน 1 หนวยเวลา เชน คลนน า จะสามารถสงเกตเหนสนคลนน า เคลอนทไปในเวลาจ ากดอนหนงได

สมมตวาคลนมความถ f Hz ระยะทางใน 1 วนาทกคอ fλ นนคอ ความเรว v จะเปนไปตาม

V = f λ

Main Manu คลน

คลน

หลกการรวมไดของคลน(superposition principle)

1.เมอคลนตงแต 2 คลนขนไป มาพบกน ขนาดของการขจดของคลนรวม จะเทากบผลบวกพชคณตของขนาดการขจดของแตละคลน

2.เมอคลนเหลานนผานพนกนไปแลว แตละคลนจะยงคงมรปรางอยางเดมเหมอนเมอตอนยงไมพบกน

Main Manu คลน

คลนสมบตของคลน

1.การสะทอน(reflection) จะเกดขนเมอคลนเคลอนทไปถงเขต(boundary) ซงอาจจะเปนปลายสด หรอเปนเขตระหวางตวกลาง การสะทอนของคลนมขอสงเกตเกยวกบเฟสของคลน คอ

1.ถาคลนเคลอนทไปในตวกลาง ทมความหนาแนนมากกวา คลนสะทอนจากเขตจะมเฟสเปลยนไป 180 องศา

Main Manu คลน

คลน

2.ถาคลนเคลอนทไปในตวกลาง ทมความหนาแนนมากกวา ไปยงตวกลางทมความหนาแนนนอยกวา คลนสะทอนจากเขตจะไมเปลยนเฟส

3.ในกรณทคลนเคลอนทไปยงเขต ในแนวทไมตงฉากคลนสะทอนจะเกดขนไปในทศท ามมสะทอนเทากบมมตกกระทบเสมอ

Main Manu คลน

คลน

2.การหกเห(refraction) จะเกดขนเมอคลนเคลอนทผานตวกลางหนงไปสอกตวกลางหนงในแนวไมตงฉากกบเขตตอระหวางผว ผลจะท าใหแนวหารเดนของคลนเบนไป ทงนเพราะความเรวคลนจะเปลยนไป แตความถของคลนจะยงคงเดม

ในกรณของคลนผวน า ความเรวคลนบรเวณน าลกจะเรวกวาบรเวณน าตน ดงนนคลนจะเกดการหกเหได แมจะเปนตวกลางชนดเดยวกนกตาม

Main Manu คลน

คลน

ส าหรบกรณตวกลางเดยวกนแตอณหภมไมเทากน ความเรวคลนในตวกลางแตละสวนอาจจะไมเทากนได ทงนเพราะวาความเรวคลนในตวกลางชนดหนงๆขนอยกบอณหภมเคลวนดวย คอ

Main Manu คลน

คลน

คาอตราสวนของความเรวคลนในตวกลางคหนง จะคงทและเรยกวา คาดชนหกเห(n) กลาวคอ

Main Manu คลน

คลน

3.การแทรกสอด(interference) เปนการเสรมกนหรอหกลบกนของคลน 2 คลนขนไป การแทรกสอดนนจะเหนผลชดเจนเมอแหลงก าเนดนนๆสงคลนทมความถเดยวกนและในเฟสเดยวกน แหลงก าเนดทใหคลนเชนนเรยกวาเปน แหลงก าเนดอาพนธ

การแทรกสอดเกดจากคลนทสงมาจากแหลงก าเนดอาพนธคหนง จะเกดการเสรมและหกลบกนไดมากทสดทจดใดจดหนงนน เปนไปตามเงอนไขดงน

Main Manu คลน

คลน

1.เสรมกนมากทสด(maximum) เมอระยะทางจากจดนนถงแหลงก าเนดแตละแหลงตางกนอย = nλ

2.หกลบกนหมดไป(minimum) เมอระยะทางจากจดนนถงแหลงก าเนดแตละแหลงตางกนอย = (n+1/2)λ

เมอ n = 0,1,2,… เลขจ านวนเตมใดๆการแทรกสอดอนเกดจากคลนหนงๆกบคลนอนเดมทมการสะทอน

กลบทาง จะท าใหมโอกาสเกด คลนนง ได ถาระยะระหวางแหลงก าเนดกบจดสะทอนนนเปนจ านวนเตมของ λ/2

Main Manu คลน

คลน

4.การเลยวเบน(diffraction) เกดขนเมอคลนเคลอนทไปถงขอบสงกดขวาง เมอถงจดนนแลวกเสมอนกบวาเปนจดก าเนดคลนใหมกระจายคลนออกไปไดรอบๆ ดวยเหตน จงเกดการเลยวเบนได เมอพจารณารวมกบคลนเดมทเคลอนทเขามา

หลกการทอางถงน คอ หลกของ ฮอยเกนส(Huygen’s principle) ซงกลาววา “แตลดบนหนาคลน ถอไดวาเปนจดก าเนดของคลนใหมได”

เมอเกดการเลยวเบนแลว เมอคลนคหนงไปพบกน ณ จดใดๆกจะท าใหเกดการแทรกสอดตามมาเสมอไป

Main Manu คลน

คลนเสยง

สมบตของคลนเสยง

ความยาวคลนและความถของคลนเสยง

Main Manu

ปรากฏการณการแทรกสอดของเสยง

เสยง

การไดยน

อตราเรวคลนเสยง ปรากฏการณดอปเปลอร

คลนกระแทก

ก าทอน

เสยง

1.คลนเสยง เปนคลนตามยาว จ าเปนตองอาศยตวกลาง เมอมคลนเสยงถกสงออกมาจากแหลงก าเนด จะท าใหโมเลกลของตวกลางเกดการอดตว แลวแผออกไปเปนการชยายตว สลบกนตอเนองกนออกไปรอบๆจนถงผฟง

2.ความยาวคลนและความถของคลนเสยง ระยะทางจากสวนทอดกน หรอสวนขยายทอยถดกน คอความยาวคลนเสยง

เมอแหลงก าเนดเสยงมการการสนดวยความถเทาใด เสยงนนกจะมความถของคลนเสยงเทานนดวย

Main Manu เสยง

เสยง

3.อตราเรวคลนเสยง อตราเรว v , ความถ f และความยาวคลน λมความสมพนธกนตามลกษณะของคลนโดยทวไปคอ

V = f λ

จากการทดลองยงพบวาอตราเรวของเสยงจะสมพนธกบอณหภมของตวกลางทเคลอนทผาน

Main Manu เสยง

เสยง

4.สมบตของคลนเสยง จะเปนไปตามสมบตของคลนโดยทวไปคอจะเกดปรากฏการณตางๆเหลานได

1.การสะทอน เมอคลนเสยงไปถงตวสะทอน

2.การหกเห เมอคลนเสยงผานไปในตวกลางแตกตางกน

3.การแทรกสอด เมอคลนเสยงตงแต 2 คลนขนไปมาพบกน จะเสรมกนหรอขดกนได

4.การเลยวเบน เมอคลนไปถงขอบของสงกดขวาง การเลยวเบนของเสยงเปนปรากฏการณทชดเจนกวาคลนอยางอนๆ

Main Manu เสยง

เสยง5.ปรากฏการณการแทรกสอดของเสยง

เสยงจะมการแทรกสอดกนไดเสมอ แตจะสงเกตไดงายขนในกรณดงตอไปน

1.คลนเสยงความถเทากน คลนเสยง 2 คลน เคลอนทจากแหลงก าเนดอาพนธมาพบกน จะเกดการเสรมกนหรอขดกน ท าใหเกดเสยงดงแรงขน หรอเสยงคอยลงได

Main Manu เสยง

เสยง

2.คลนเสยงมความถเทากน แตเคลอนทสวนทางกน จะมโอกาสเกดคลนนงได ในระยะทางระหวางการเคลอนทจะพบวาเกดเสยงดงและคอยสลบกนไป แตตองมเงอนไขวา

ก.แหลงก าเนดทงสองตองใหคลนสวนทางในแนวตรงกนพอด

ข.แหลงก าเนดทงสองตองสงคลนโดยมเฟสเหมอนกน หรอตางกน 180 องศาเทานน

ค.ถาตองการใหเกดจดบพ ทแหลงก าเนดคลนพอด จะตองวางแหลงก าเนดหางกน L เปนไปตามเงอนไข

Main Manu เสยง

เสยง

L = 2n* λ/2 เมอมเฟสเรมตรงกน

L = (2n-1)* λ/2 เมอมเฟสเรมตางกน 180 องศา

n = 1,2,3,4,…

Main Manu เสยง

เสยง

ในทางปฏบตนน จะใชเครองก าเนดเสยงเครองเดยว สงไปสตวสะทอน โดยมระยะหางเปนจ านวนเตมใดๆ ของ λ/2 ทงนกเพราะคลนสะทอนจะเปลยนเฟสไป 180 องศา ทจะสะทอนอยแลว

Main Manu เสยง

เสยง3.คลนเสยงทมความถตางกน คลนเสยง 2 คลนจากแหลงก าเนด

ตางกน สงคลนความถตางกน จะเกดการผสมกน เรยกวา โมดเลชน ซงกคอการแทรกสอดใหเกดเสยงดงแรงและคอยเปนจงหวะ เมอเวลาผานไป ทงๆทผฟงยงอยต าแหนงเดม การแทรกสอดชนดนเรยกวา การเกดบตสเสยงดงและคอยเปนจงหวะเรยกวา บตส

ความถของบตสหรอความถทเสยงดงขนแตละครงจะมคเทากบผลตางของความถทงสองนน

Main Manu เสยง

เสยง

Main Manu เสยง

เสยง

มขอสงเกตทส าคญคอ

1.จะเกดบตสไดชด ถา f1 และ f2 มคาใกลเคยงกน คอ มคาบตสนอย

2.เสยงมหนวยเปนรอบตอวนาท เกดจากการอดขยายของโมเลกลตวกลางมจ านวนครงตอวนาท แตบตวแมวาจะมหนวยเปนครงตอวนาท กไมไดมความหมายอยางเดยวกน

Main Manu เสยง

เสยง

6.การไดยน

การทผฟงจะไดยนเสยงใดๆไดนนจะมเงอนไขทส าคญคอ ประสาทหไมผดปกต และเสยงตองมความเหมาะสมทจะใหประสาทหรบรได

1.ความเขมเสยง หมายถงอตราพลงงานของคลนเสยงทเคลอนไปตกบน1หนวยพนทรบเสยงในแนวตงฉาก โดยทวไปนนความเขมเสยงนอยทสดทมนษยไดยนได คอ w/m2 สวนความเขมเสยงทมากทสดทหมนษยจะทนได คอ

เมอ I คอความเขมเสยงใดๆ ความเขมสมพทธ

Main Manu เสยง

เสยงเมอแหลงก าเนดเสยง มก าลงในการสงพลงงานออกไป P W ซง

สงออกไปรอบตว ทต าแหนงหางออกไป r m ก าลงของเสยงยอมถอวาไดสงผานพนทผวทรงกลมออกไป

ความเขมเสยงทจดนน

2.ระดบความเขมเสยง ก าหนดใหมหนวยเปน เดซเบล ซงมคาเปน 10 เทาของ log ของความเขมสมพทธ

Main Manu เสยง

เสยง

3.ความถเสยง โดยเฉลยแลวหมนษยจะรบรเสยงไดระหวางความถ 20-20,000 Hz แตเครองมอทสรางขนหรอสตวอนๆ อาจรบรเสยงทมความถต าหรอสงกวานได

Main Manu เสยง

เสยง

7.ปรากฏการณดอปเปลอร

เปนปรากฏการณทความถ หรอระดบเสยงทผสงเกตไดยนนนเปลยนไป เมอแหลงก าเนดเสยงหรอผสงเกต อยางใดอยางหนง หรอทงสองอยาง มการเคลอนท ใหพจารณารปแลวใชหลกการในหวขอตางๆตอไปน

Main Manu เสยง

เสยง

1.เมอผสงเกตอยดานหนา

ก.ยนอยกบท เสยงเคลอนทเขาสผฟงดวยความเรว V

ความถทไดยน

ข.เดนเขาหาแหลงก าเนดดวยอตราเรว Vo เสยงจะเคลอนทเขาสผฟง ดวยความเรวสมพทธ V+Vo

ความถทไดยน

ค.เดนออกจากแหลงก าเนดดวยอตราเรว Vo เสยงจะเคลอนทเขาสผฟงดวยความเรวสมพทธ V-Vo

ความถทไดยน Main Manu เสยง

เสยง

2.เมอผสงเกตอยดานหลง

ก.ยนอยกบท เสยงเคลอนทเขสผฟงดวยความเรว V

ความถทไดยน

ข.เดนเขาหาแหลงก าเนดดวยอตราเรว Vo เสยงจะเคลอนทเขาสผฟง ดวยความเรวสมพทธ V+Vo

ความถทไดยน

ค.เดนออกจากแหลงก าเนดดวยอตราเรว Vo เสยงจะเคลอนทเขาสผฟงดวยความเรวสมพทธ V-Vo

ความถทไดยนMain Manu เสยง

เสยง

ทง 6 สมการน จะเขยนรวมกนและประกอบกบหลกการใชเครองหมายดงนคอ

ผสงเกตอยดานหนา Vs เปน +

ผสงเกตอยดานหลง Vs เปน -

ผสงเกตเดนเขาไปหา Vo เปน +

ผสงเกตเดนออกไป Vo เปน -

Main Manu เสยง

เสยง

8.คลนกระแทก ในกรณทแหลงเคลอนทเรวกวาคลนทเกดขน เชน เครองบนทบนเรวเหนอเสยง เทยบกบปรากฏการณดอปเปลอรทกลาวมาแลว จะเปนกรณท Vs > V

Main Manu เสยง

Main Manu เสยง

Main Manu เสยง

Main Manu เสยง

Main Manu เสยง

Main Manu เสยง

Main Manu เสยง

Main Manu

แสง

สมบตทางกายภาพของแสง

ธรรมชาตของแสง

ความยาวคลนและอตราเรวแสง

การแทรกสอดและการเลยวเบน

สของแสง

สมบตทางเรขาคณตของแสง

ความหมายของสมบต

การหกเหทผวเรยบโคงทรงกลม

การสะทอนจากผวตรง

การสะทอนจากผวโคงเรยบทรงกลม

การหกเหทผวเรยบตรง

การกระเจงของแสง

เลนซ

แสง

สมบตทางกายภาพของแสง

1.ธรรมชาตของแสง

มปรากฏการณทแสดงวาแสงเปนคลน เชน การเลยวเบน การสะทอน การหกเห เละการแทรกสอด โดยเฉพาะอยางยงการแทรกสอด เปนสงแสดงไดชดเจนถงความแตกตางระหวางคลนกบอนภาค ดงนนแสงจงมสมบตเปนคลนตามขวางและอนภาคในเวลาเดยวกน

กลาวโดยทวไป แสงเปนคลนแมเหลกไฟฟาชนดหนง มพลงงานควบคเปนควอนตม เชนเดยวกบคลนแมเหลกไฟฟาอนๆ

Main Manu แสง

แสง

2.ความยาวคลนและอตราเรวของแสงคลนแมเหลกไฟฟาโดยทวๆไปนน มอตรเรวเปนคาคงทเดยวกน เมอ

ผานไปในตวกลางสภาวะเดยวกน คอ แสงสวาง หมายถงแสงทใหการรไดตอสายตานน เปนแตเพยงสวน

หนงเทานน คอมความยาวคลนโดยประมาณ อยระหวาง 380 nm ถง 780 nm หรอในหนวยแบบเดมคอ 3800-7800 องสตอม สเปคตรมของคลนแมเหลกไฟฟาถกเรยกชอตามชวงของความยาวคลน

เชนเดยวกบคลนทวๆไป ความยาวคลน ความถ และอตราเรวของแสงกยงคงมความสมพนธในลกษณะเดยวกนคอ c = f λ

Main Manu แสง

Main Manu แสง

แสง

3.การแทรกสอดและการเลยวเบนของแสง

แสงจะเกดการแทรกสอดกนไดนน จะตองเปนแสงทถกสงมาจาก แหลงก าเนดอาพนธ นนคอแสงทสงออกมานน จะตองมเฟสตรงกน และรกษาสมบตเชนนนไวตลอดเวลาจนกวาจะถงจดทมการแทรกสอด แสงทมสมบตเชนนเรยกวา แสงอาพนธ คลนแสงอาพนธคหนง จะแทรกสอดกนดวยเงอนไขดงน

ผลตางของระยะทาง = nλ จะเกดการเสรมกน

ผลตางของระยะทาง = (n+1/2) λ จะเกดการขดกน

Main Manu แสง

แสง

1.การแทรกสอดเกดจากชองเจาะค

พจารณาเฉพาะเมอมล าแสงขนาน สองมาใหแนวตงฉากกบแผนกนทมชองเลกๆ 2 ชอง หางกน d น าฉากรบภาพในแนวนขนานกบแผนกนเปนระยะทาง D ซงไกลออกไปพอควร พจารณาเฉพาะกรณท

D >> d

Main Manu แสง

แสง

ดวยเงอนไข D >> d และ P ไมไกลจาก O มากนก ท าใหϴเปนมมคอนขางเลก ถาลากเสนจาก A มาตงฉากกบ BP ทจด A’

Main Manu แสง

แสงจะพบวา A’P = AP

ดงนนระยะทางทแสงเดนทางจะตางกนอย = BP – AP

= BP – A’P

= A’B

= dsinϴ

เงอนไขของการแทรกสอทจด P หรอต าแหนงใดๆบนฉากคอ

Main Manu แสง

แสง

2.การแทรกสอดเกดจากเกรตตง

สบเนองมาจากการแทรกสอดเกดจากชองเจาะค โดยพจารณาจากสมการ

sinϴ = nλ/d

จะเหนไดวา d เปนตวหาร ถาท าใหมคานอยลงได มมϴจะโตขน นนคอจดทมการแทรกสอดบนฉากจะอยหางกนมากขนท าใหผทดลองสงเกตและไดขอมลของการวดดขน โดยไมตองเลอนออกไปไกล

Main Manu แสง

แสง

หลกการของเกรตตงน ยงน าไปใชเปนประโยชนในการศกษาโครงสรางของสสารโดยรงสเอกซ คอ ระนาบทมอะตอมอยนน อยอยางมระเบยบตดชดกนมาก เปรยบเหมอนเปนเกรดตตงรงสเอกซกเปรยบไดกบแสงทผานเขามา จะเกดการเลยวเบนและแทรกสอดไดในทสด แลวตรวจวดไดดวยเครองมอทเหมาะสมกบงานนนๆ

Main Manu แสง

แสง

4.สของแสง

แสงสตางๆเมอตรวจสอบโดยการแทรกสอด ไมวาจะใชชองเจาะคหรอเกรตตงกตาม จะสามารถหาความยาวคลนไดแนชดจากการการทดลองวา แสงสหนงๆจะมความยาวคลนเปนคาเฉพาะ แตกตางไปจากความยาวคลนของแสงสอนๆ

Main Manu แสง

แสง

แสงไมมส หรอทเรยกกนวา แสงสขาว เชน แสงจากดวงอาทตย พบวาประกอบขนจากแสง 7 ส คอ มวง คราม น าเงน เขยว เหลอง แสด แดง มความยาวคลนและความถดงทรวบรวมไวน

Main Manu แสง

แสง

ขอใหสงเกตวา แสงเหนอมวง ความถจะอย เหนอความถ ของแสงมวงขนไป และแสงใหแดง ความถอย ใหความถ ของแสงแดงลงมา

5.การกระเจงของแสง

สมบตบางประการหนงทเกยวกบคลน คอ การกระเจง ยกตวอยางในชวตประจ าวนทเหนไดงาย เชน คลนน า ถาเปนคลนเลกๆ ความยาวคลนนอยๆเคลอนไปถงเรอล าหนง จะไมคอยมผลตอเรอเลย แตทวาคลนนนจะมการสะทอนหรอกระจายเลยวออกไปจากเรอ ในทางกลบกน ถาเปนคลนใหญๆความยาวคลนมาก

Main Manu แสง

แสง

สมบตทางเรขาคณตของแสง

1.ความหมายของสมบตทางเรขาคณตของแสง

หมายถงสมบตของแสงอนศกษาโดยวธการใชแนวทางเดนของแสงหรอรงสเพอศกษาการเคลอนทของแสงในตวกลสง แทนทจะพจารณาในลกษณะคลนแผออกไปจากตนก าเนด การศกษาเชนนเกยวของสวนใหญอยกบต าแหนง และแนวทางเดนของล าแสงหนงสามารถจะหาความสมพนธระหวางปรมาณตางๆทเกยวของโดยวธพสจนในทางเรขาคณต ตรโกณมต และการสรางรปโดยตรง

Main Manu แสง

แสง

2.การสะทอนจากผวเรยบตรง

พจารณาถงการสะทอนจากผวใดๆจดซงมการสะทอนประกอบกบเสนสมผสผว ณ จดๆนน จะเปนไปตามกฎการสะทอน

มมตก = มมสะทอน

ถาเปนผวเรยบ จะมแนวแสงสะทอนมลกษณะเปนระเบยบอนตรงกนขามกบการสะทอนบนผวขรขระ แสงสะทอนจากผวจะไรระเบยบ

การสะทอนทมระเบยบ เกดจากผวเรยบ แบงไดเปน 2 อยางคอ จากผวราบ และจากผวโคง

Main Manu แสง

แสง

การสะทอนจากผวราบ เชน การสะทอนจากกระจกเงาราบ จะพบวา

(ก) มมตก = มมสะทอน

(ข) ระยะจากวตถถงผวสะทอน = ระยะภาพจากภาพถงผวสะทอน

(ค) ขนาดของภาพ = ขนาดของวตถ

Main Manu แสง

แสง3.การสะทอนจากผวเรยบโคงทรงกลม

ถาผวสะทอนเปนผวนน กมกจะเรยกวาเปน กระจกนน ถาผวสะทอนเปนผวเวา เรยกวาเปน กระจกเวา

การสะทอนเชนนกยงคงอาศยหลกการ(ก) มมตก = มมสะทอน มมเหลานวดเทยบกบเสนปกต(ข) แสงขนานกบแกนกระจกโคง จะเกดการสะทอนในแนวผานจด

คงทจดหนงเสมอ จดนน เรยกวา จดโฟกส ถาล าแสงผานจรง เรยกวา โฟกสจรง ถาล าแสงไมไดผาน แตหากมแนวกระจายออกไปจากจดนน เรยกวา โฟกสเสมอน

Main Manu แสง

แสง1.สมการแสดงความสมพนธของปรมาณตางๆ คอ

เมอ s = ระยะวตถ s’ = ระยะภาพf = ระยะความยาวโฟกส R = รศมความโคง

โดยมหลกการคอ 1. ระยะตางๆวดไปถงกระจกแสมอ2.ปรมาณจรงเปน + เสมอนเปน -

การพสจนหาสมการนเปนสงทจ าเปนตองท าความเขาใจ

Main Manu แสง

แสง

2.หลกการเขยนภาพทางเดนของแสง เพอการหาต าแหนงภาพ

1.เขยนแนวทางเดนรงสของแสงจากวตถขนานกบแกนไปยงกระจก ใหสะทอนในแนวผานจดโฟกส

2.เขยนแนวทางเดนรงสของแสงจากวตถ ผานจดศนยกลางความโคง ไปยงกระจก สะทอนกลบทางเดม

3.จดตดกนของแนวรงสในขอ 1 และขอ 2 จะเปนต าแหนงภาพจรง และถาเปนจดตดของแนวตอของรงสในขอ 1 และขอ 2 จะเปนต าแนงภาพเสมอน

Main Manu แสง

แสง

4.การหกเหทผวเรยบตรง

จะเกดขนเมอรงสของแสง ผานรอยตอของตวกลางตางกน จงกลาวใหขดเจนอกไดวา ตราบเทาทแสงเดนทางอยในตวกลางเดมทเปนเนอเดยวกนจะไมเกดการหกเหขนเลย เมอแสงสองจากตวกลางหนงไปยงอกตวกลางหนง โดยทวไปจะเกดขนทงการหกเหและการสะทอนพรอมๆกน ซงอาจจะพบวาอยางใดหอยางหนงเกดขนมากหรอนอยกวาอกอยางหนงได

Main Manu แสง

แสง

1.มมตกและมมหกเห วดเทยบกบแนวเสนปกต อนเปนเสนลากตงฉากกบผว

ให ϴ1 เปนมมตกจากตวกลาง 1 ซงเทากบมมสะทอนในตวกลาง 1

ϴ2 เปนมมหกเหในตวกลาง 2n1,n2 เปนดชนหกเหของตวกลาง 1 และ 2

พสจนไดเปนกฎของสเนล คอ

n1sinϴ1 = n2sinϴ2

Main Manu แสง

แสง

โดยทวไป ถาตวกลาง 1 เปนอากาศ n1 = 1 และตวกลาง 2 เปนตวกลางใดๆ n2 เปนดชนหกเหของตวกลางนนเขยนเปน n จงมกจะเขยนกนโดยงายๆวา

ในทน ϴi คอ ϴ1 เปนมมตก และ ϴr คอ ϴ2 เปนมมหกเห

Main Manu แสง

แสง2.การสะทอนกลบหมด จะเกดขนไดเฉพาะในกรณรทแสงตกใน

ตวกลางทม n สงกวาไปยงผวตวกลางทม n นอยกวา ถาท ามมตกโตกวามมจ ากดอนหนงซงเรยกวา มมวกฤต จะไมมแสงหกเหออกไป หากแตจะสะทอนกลบมาหมด ภายในตวกลางเดม

สงเกตไดวา ถาแสงตกท ามมเทากบมมวกฤตพอด แสงจะหกเหไปตามผวรอยตอ คอท ามมหกเหเปน 90 องศา นนเอง

Main Manu แสง

แสง

4.การกระจายของแสง

เมอแสงมการหกเหหรอเลยวเบนไปจากแนวเดม มมทมรงสหกเหท ากบแนวรงสเดมกอนหกเห เรยกวา มมเบยงเบน แสงทมความยาวคลนตางกน จะกระจายไดตางกน

Main Manu แสง

แสง

5.ความลกของวตถ ทปรากฏตอผสงเกต

เมอผสงเกตอยในตวกลางหนง มองไปยงวตถซงอยในอกตวกลางหนง จะพบวาวตถนนอยหางจากผวรอยตอของตวกลาง แตกตางไปจากระยะหางจรง จะสมพนธกนในรปสมการคอ

Main Manu แสง

แสง

ความสมพนธในรปสมการนมประโยชนมาก เพราะจะกลบวตถและผสงเกตใหอยในตวกลางทกลบกนได

โดยทวไป ถาตวกลาง 1 เปนอากาศ มกจะเขยนงายๆในรป

Main Manu แสง

แสง5.การหกเหทผวเรยบโคงทรงกลม

กฎการหกเหทเกยวของกบดชนหกเหของสเนลยงคงเปนจรง วตถอยในตวกลาง 1 จะท าใหเกดภาพจรง อยในตวกลาง 2 ได ต าแหนงวตถ ต าแหนงภาพ รศม ความโคงของผว จะมความสมพนธกบคาดชนหกเห ในลกษณะสมการ

ประกอบกบหลกการใชเครองหมายวา

1.จรงเปน + เหมอนเปน –

2.ผวนน R เปน + ผวเวาเปน -Main Manu แสง

แสง

6.เลนซ

เปนวตถโปรงใส เชน แกว พลาสตก หรอแมแตกอนน าแขง รวมทงวสดอนๆมผวโคง 2 ขางไมเทากน แบงออกเปน 2 ชนด คอ

1.เลนซนน มสวนกลางหนากวาสวนรม

2.เลนซเวา มสวนกลางบางกวาสวนรม

เมอกลาวถงเลนซโดยทวไปจะเขาใจกนวามผวโคงทรงกลม แตจะมเลนซทมผวโคงอยางอนได เชนโคงแบบกาบกลวยใชในอปกรณทางแสงเปนกรณเฉพาะ

Main Manu แสง

แสง

1.เลนซหนา จะเปนชนดนนหรอเวากตามทมความหนา จ าเปนตองคดการหกเหทผวเรยบโคงทรงกลม เพอหาต าแหนงภาพเกดขนจากผวแรก แลวน าไปคดเปนวตถผวโคงทสอง แมวาจะมความยงยากพอควร แตกอยในวสยทผศกษาจะท าได

2.เลนซบาง จะเปนชนดนนหรอเวากตาม ความหนาไมมากนก โดยเฉพาะอยางยงเมอเทยบกบขนาดของเลนซและระยะทวางวตถไวหนาเลนซนน ความหนาของเลนซจะมคานอย จนละเวนระยะหางระหวางผวของเลนซไปได

Main Manu แสง

แสงถาวสดท าเปนเลนซมคาดชนหกเห n2 แลวท าการทดลองอยใน

ตวกลางทมคาดชนหกเห n1 จะไดความสมพนธของปรมาณตางๆคอ

ทงน s และ s’ คอระยะภาพและระยะวตถจากเลนซ

f คอ ความยาวโฟกส R1 และ R2 คอ รศมความโคงของเลนซ

ประกอบกบหลกการใชเครองหมายวา

1.จรงเปน + เหมอนเปน -

2.ผวนน R เปน + ผวเวาเปน -

Main Manu แสง

แสง

ขอสงเกตทส าคญ

1.ความยาวโฟกสของเลนซ เกยวของกบรศมความโคงในลกษณะ

ดงนนโดยทวไปแลว f ≠ R/2 ซงตางกบเรองของกระจะโคง

2.ความยาวโฟกสของเลนซหาไดจากสมการใน 1. จงอาจจะมคาเปน + หรอ – กได เลนซนนจะมคา f เปน + และเลนซเวาจะมคา f เปน –

Main Manu แสง

แสง3.เลนซบางในอากาศ

ในทน n1 = 1 และ n2 เขยนเปน n สมการจงเปนในลกษณะ

ประกอบเขากบหลกการใชเครองหมายเชนเดม สมการทใชกนมากในการเรยนระดบนคอ

ซงมรปสมการเหมอนกบสมการของกระจกโคง

Main Manu แสง

แสง

4.หลกการเขยนทางเดนของแสงเพอหาต าแหนงภาพ

1.เขยนแนวทางเดนรงสของแสงจากวตถขนานกบแกนไปยงเลนซบาง เสมอนวามการหกเหทนทในแนวผานจดโฟกสดานหลง ถาเปนเลนซนน และจดโฟกสดานหนาถาเปนเลนซเวา

2.เขยนแนวทางเดนของแสงผานจดกลางเลนซตรงไปในแนวเดม

3.จดตดกนของ 1. และ 2. เปนต าแหนงของภาพ

Main Manu แสง

แหลงอางอง

http://www.neutron.rmutphysics.com/news/index.php?option=com_content&task=view&id=1603

Main Manu

ผจดท า

นายพงปภส ภทรวรธญวชย ชอเลน ซชน ม.6/8 เลขท 31

นายอศรพงษ แกววน ชอเลน มารคชน ม.6/8 เลขท 33

Main Manu