สปดาหท 10 ใบเตรยมการสอน

รหสวชา 13-080-041 บทเรยนท 6.1 6.2 และ 6.3

หนวยท 6 แสงสและทศนปกรณ เวลา 150 นาท ชอบทเรยน 6.1 สมบตของแสง

6.2 วทยาศาสตรเกยวกบแสง 6.3 ปรากฏการณธรรมชาตของแสง

จดประสงคการสอน 1. อธบายเกยวกบการสะทอน การหกเห ของแสงพรอมทงยกตวอยางปรากฏการณทเกยวของ 2. อธบายเกยวกบ การสะทอนกลบหมด 3. มความรความเขาใจเกยวกบการเกดโพลาไรเซชนพรอมทงยกตวอยางปรากฏการณ 4. เขาใจเกยวกบสเปกตรมของแสง 5. อธบายการผสมแสงสและประยกตใชในชวตประจาวน 6. มความรความเขาใจเกยวกบสของวตถและการมองเหนสของวตถ 7. อธบายเกยวกบการเกดรงกนนา 8. อธบายเกยวกบการเกดภาพลวงตา 9. มความรความเขาใจเกยวกบไฟเบอรออปตกและการนาไปใชประโยชน

เนอหา มนษยเรยนรสงตาง ๆ จากสงแวดลอมและธรรมชาต เชน ในเวลากลางคนทมดมองไมเหนวตถตาง ๆ เพราะแสงทาใหประสาทตาสามารถรบความรสกในการมองเหนได แสงคออะไรยงเปนปญหาทหาขอยตยากแสงอาจจะเปนอนภาคตามทฤษฎอนภาคของนวตน หรอแสงอาจะเปนคลนตามทฤษฎของฮอยเกนส การใชทฤษฎใดอธบายขนกบปรากฏการณแสงทจะศกษา ในบทนจะกลาวถงแสงเมอแสดงสมบตเปนคลน

แสงชวงทตาสามารถ มองเหนมคาอยระหวาง 400 – 700 นาโนเมตร และมความถอยในชวง 103-105 เฮรตซ โดยแสงสมวงซงมความยาวคลนนอยทสด หรอ ความถสงสด สวนแสงสอน ๆ ใหสเปคตรมของแสงในชวงนกมความยาวคลนสงขนตามลาดบ จนถงแสงสแดงมความยาวคลนมากทสดหรอมความถตาทสด ดงรปท60 แสงมความเรว 3 x 108 เมตรตอวนาท ในสญญากาศ และมสมบตเชนเดยวกบคลนแมเหลกไฟฟาชนดอนคอ มการสะทอน การหกเห การเลยวเบน การแทรกสอด และโพลาไรเซชน

รปท60 แสดงคลนแมเหลกไฟฟาชวงทตามองเหน ทมา : http://www.rsu.ac.th/science/physics/pom/physics_2//light/ligh_30.htm

สปดาหท 11 ใบเตรยมการสอน

รหสวชา 13-080-041 บทเรยนท 6.4 6.5 และ 6.6

หนวยท 6 แสงสและทศนปกรณ เวลา 150 นาท ชอบทเรยน 6.4 เลนส

6.5 นยนตาและการมองเหนภาพ 6.6 ทศนปกรณ

จดประสงคการสอน 1. อธบายเกยวกบสวนประกอบและสมบตของเลนสเวาและเลนสนน 2. มความรความเขาใจเกยวกบสมการเลนสและการนาไปใชประโยชน 3. อธบายเกยวกบสวนประกอบของตา 4. อธบายเกยวกบความผดปกตของสายตา และวธการแกไข 5. อธบายเกยวกบสวนประกอบและหลกการทางานของกลองถายรป 6. อธบายเกยวกบสวนประกอบและหลกการทางานของเครองฉายภาพนง 7. อธบายเกยวกบสวนประกอบและหลกการทางานของกลองจลทรรศน

เนอหา

1. เลนส เลนสเปนแผนแกวทมผวโคงของทรงกลมดานเดยวหรอสองดานกได เมอแสงมากระทบเลนสจะ หกเหผานเลนสทาใหเกดภาพลกษณะตาง ๆ ตามชนดและขนาดของเลนส เลนสแบงได 2 ชนดคอ

1) เลนสนน (Convex lens) มลกษณะพเศษคอตรงกลางหนากวาขอบและมคณสมบตรวมแสงม 3 ลกษณะคอนนทงสองดาน นนดานเดยว ดานหนงนนอกดานเวา

รปท 76 เลนสนน ทมา : http://en.wikipedia.org/wiki/Image:lens1.svg

2) เลนสเวา (Concave lens) มลกษณะตรงขามกบเลนสนนคอขอบหนากวาตรงกลางและม คณสมบตกระจายแสง เลนสเวาม 3 ลกษณะคอเวาทงสองดาน เวาดานเดยว และดานหนงเวาอกดานหนงนน

182

รปท 77 เลนสเวา ทมา : http://en.wikipedia.org/wiki/Image:lens1.svg

รปท78 เลนสนนและเลนสเวาแบบตาง ๆ ทมา : http://en.wikipedia.org/wiki/Lens_(optics)

1.1 สวนประกอบของเลนส

สวนประกอบของเลนสจะใชเลนสนนเปนตวอยางในกรณศกษาสวนประกอบของเลนส สวนเลนสเวากมสวนประกอบเชนเดยวกบเลนสนน ตางกนตรงตาแหนงของจดโฟกสคอ เลนสนนจดโฟกสอยหลงเลนส สวนเลนสเวาจดโฟกสอยหนาเลนส

- แกนมขสาคญ ( Principle axis ) คอแกนทผานจดศนยกลางของเลนสและตงฉากกบผวทงสองของเลนส - จดออฟทคล เซนเตอร(Optical Center) คอจดกงกลางของเลนส จดนจะอยบนแกนมขสาคญ เมอแสง

ขนานตกกระทบ และผานจดนแสงจะไมมการหกเห ( จด O) - จดโฟกส (Principle focus) คอจดทแสงขนานมาตกกระทบทเลนสแลวหกเหมารวมกนทจดน ซงจะ

อยบนแกนมขสาคญ(จด F) - ความยาวโฟกส (Focal length) คอระยะบนแกนมขสาคญระหวางจดออฟทคลเซนเตอร กบจดโฟกส

(ระยะ OF)

1.2 การเกดภาพของเลนสนนและเลนสเวา การหาชนดและขนาดของภาพทเกดจากเลนสและขนาดของภาพอยางงาย ๆ คอ

1) ลากเสนขนานจากหววตถกบแกนมขสาคญไปยงเลนสแลวหกผานจดโฟกส 2) จากหววตถลากเสนผานจดออฟทคลเซนเตอรไปตดเสนแรกทจดใด จดนนจะเปนตาแหนง

ของหวภาพ

183

ภาพทเกดจากเลนสเวา จะเปนภาพเสมอนขนาดเลกกวาวตถเสมอ ไมวาวตถจะอยตาแหนงใดและภาพจะอยขางเดยวกบวตถเสมอ

รปท79 แสดงการเกดภาพจากเลนสเวา ทมา : http://en.wikipedia.org/wiki/Lens_(optics)

ภาพทเกดจากเลนสนน เมอวางวตถทตาแหนงตาง ๆ กน จะเกดภาพชนดตาง ๆ ณ ตาแหนงตางกนดวย เลนสนน ใชเปนสวนประกอบของทศนปกรณหลายชนด เมอวางวตถไวหนาเลนสนนแลวจะเกดภาพ ดงน

รปท80 แสดงการเกดภาพจากเลนสนน ทมา : http://en.wikipedia.org/wiki/Lens_(optics) ตารางท 13 การเกดภาพของเลนสนน

ระยะวตถ ระยะภาพ ชนดของภาพ ขนาดภาพ การนาไปใชประโยชน ไกลกวาระยะ 2F ระหวาง F และ2 F ภาพจรงหวกลบ เลกกวาวตถ กลองถายภาพยนตร กลอง

ถายภาพชนดเปดหนากลองเรว ระยะ 2F ทจด 2 F ภาพจรงหวกลบ เทาวตถ กลองสาหรบอดสาเนา ระหวาง 2F และ F ไกลกวาระยะ 2 F ภาพจรงหวกลบ ใหญกวาวตถ เครองฉายสไลด เครองฉาย

ภาพยนตร เครองอดสาเนาชนด ขยายได

จดโฟกส ไมเกดภาพ - - - ระหวางจดโฟกสกบเลนส

อยขางเดยวกบวตถ ภาพเสมอนหวตง ขนาดขยาย -

184

1.3 การคานวณหาชนดและขนาดของภาพ ถาเราทราบทางยาวโฟกสของเลนสและและตาแหนงของวตถ จะหาตาแหนงของ ภาพชนดและขนาดของ

ภาพจากการคานวณได

1 1 1f u v

หรอ 1 1 1u f v

โดยท f = ความยาวโฟกส u = ระยะวตถ v = ระยะภาพ

จากสมการของเลนสจะไดวา f เปน + ถาเลนสนนรวมแสง เชนเลนสนน

เปน - ถาเลนสนนกระจายแสง เชนเลนสเวา v เปน + ถาไดภาพจรง

เปน - ถาไดภาพเสมอน u เปน + เสมอถาเปนวตถจรง

กาลงขยายของเลนส กาลงขยายของเลนสเปนคาทบอกใหทราบวาภาพทไดมขนาดเปนกเทาของวตถ

กาลงขยาย = ขนาดภาพ vขนาดวตถ u

กาลงของเลนสคดเปนไดออฟเตอร(Diopter)

D = 1f

เมอ D เปนกาลงของเลนสในหนวยไดออฟเตอร f เปนทางยาวโฟกสของเลนสมหนวยเปนเมตร(คดเครองหมายตามชนดของเลนส) เชน เลนสนนมทางยาวโฟกส 2 เมตร จะมกาลง 0.5 ไดออฟเตอรหรอเลนสเวาทางยาวโฟกส 1 เมตร จะมกาลงขยาย -1 ไดออฟเตอรเปนตน 2. นยนตา (Eyes)

2.1 สวนประกอบของตา นยนตา(Eyes)เปนอวยวะทรบความรสกเกยวกบการมองเหน ซงมความสาคญมากททกคน ทนถนอม และดแลอยางเปนพเศษ ตามรปรางเกอบเปนทรงกลม โดยสวนประกอบของตาม 2 สวนคอ สวนรวมแสง(focusing element) และสวนไวแสง (photosensitive element) ซงสวนประกอบทสาคญของนยนตามดงตารางท 14

การเกดภาพนนเกดจากการหกเหของแสงทคอรเนยและทเลนสตา สวนเลนสตานนปรบความยาวโฟกสได เพอใหภาพของวตถ ทอยในระยะตาง ๆ กนเกดภาพชดบนเรตนา ความยาวโฟกสของเลนสตา เปลยนแปลงไดโดยการเปลยนแปลงรปรางของเลนสตา รอบๆ เลนสตามกลามเนอวงกลมลอมรอบเรยกวา กลามเนอซลอาร (Ciliary muscles) เมอกลามเนอนคลายตว เลนสตาจะถกเสนใยซลอาร (Ciliary fibers) ดงใหแฟบลง ในระยะนตาคนปกตจะมองเหนชดทระยะ

185

อนนต เพอทจะดวตถทอยใกลเขามา เลนสตา จะตองมความยาวโฟกสสนเขาจงจะไดภาพชดบนเรตนา กลามเนอซลอาร จะหดตวทาใหเสนใยซลลารหยอนเลนสตากจะโปงออกทาใหความยาวโฟกสสนเขา สาหรบ เซลล เรยงรายกนอยบนเรตนาจะนาสญญาณไฟฟาผานไปทางจกษประสาทไปสสมองทาใหเกดความรสกในการมองเหน

รปท 81 สวนประกอบของนยนตา ทมา : http://www.rsu.ac.th/science/physics/pom/physics_2//light/ligh_30.htm

ตารางท 14 สวนประกอบและหนาทตาง ๆ ของนยนตา สวนประกอบของนยนตา หนาท กระจกตา (cornea)

เปนเยอเหนยวใสอยตอนหนาจะนนออกมามสขาวทบแสง(สวนทเปนตาขาว) กระจกตาชวยใหการหกเหแสงทตามกาลง(Power) สงขน

มานตา (Iris) เปนสวนของตาดา เปนกลามเนอทบแสง มสตามเชอชาต ควบคมชองเปดรบแสง ชองเปดรบแสง (pupil)

เปนชองเปดตรงกลางมานตาจะปรบใหเลกลงไดเมอมแสงมาเขาตามากขน และจะปรบใหเปดกวางเมอแสงลดนอยลง

เลนสแกวตา (Lens) เปนเลนสนน รวมแสงจากวตถทาใหเกดภาพทเรตนา เรตนา (Retina)

เปนสวนทรบภาพประกอบดวยเซลลรปกรวยซงจะไวตอการรบแสงสของวตถและเซลลรปแทงจะไวตอการรบแสง โดยมแสงเพยงเลกนอยกสามารถทาได

จดดวงเหลอง (Yellow spot)

เปนสวนของเรตนา ทไวตอแสงมากทสด อยตรงขามกบเลนสแกวตา

โฟเวย (Fovea) เปนแองเลก ๆ ในบรเวณจดดวงเหลอง มเซลลรบแสงหนาแนนทสด จดบอด (Blind Spot) เปนบรเวณทใยประสาทจากเซลลไวแสงมารวมกนเปนเสนประสาทตาไมมเซลรบ

แสงอยเลย กลามเนอยดเลนสแกวตา ปรบความยาวโฟกสของเลนสโดยการหดและคลายเพอเปลยนความยาวโฟกส

2.2 ความผดปกตของสายตาและวธการแกไข ตาคนปกตถามองดวตถทระยะอนนต ภาพจรงของวตถจะเกดทจดโฟกสของเลนสตาซงอยบนเรตนาพอด

โดยระยะใกลสดของวตถทตาคนปกตมองเหนไดชดเจนเรยกวา ระยะใกลตาหรอจดใกลสด(Near Point) โดยระยะใกลตาของคนทมสายตาปกต คอ ประมาณ 25 เซนตเมตรระยะไกลสดทตาคนปกตมองเหนไดชดเจนเรยกวาระยะไกลตาหรอจดไกลสด(Far Point) โดยระยะไกลตาของคนทมสายตาปกต คอ ระยะอนนต และ ดงรปท 82

186

a

b

รปท 82 แสดงระยะไกลตาและระยะใกลตาของคนทมสายตาปกต ทมา : http://www.rsu.ac.th/science/physics/pom/physics_2//light/ligh_30.htm

อาการผดปกตของสายตาทาใหมองเหนภาพไมไดชดทกระยะ เกดจากแสงทผานเลนสมระยะโฟกสไมเหมาะสม อาจเกดจากรปทรงของลกตายาวหรอสนเกนไป หรอกลามเนอยดเลนสออนลาเสอมสภาพ อาการทพบมาก ไดแก 1) สายตาสน เปนอาการทมองเหนภาพชดในระยะใกล (ไมเกน 25 เซนตเมตร) และเหนไมชด ในระยะทไกลออกไป อาจเกดจากกระบอกตายาวเกนไปหรอกลามเนอยดเลนสตายดตวมากทาใหเลนสมปญหาในการปรบระยะโฟกสใหยาวขน แกไขโดยการใชแวนททาจากเลนสเวาเพอถางแสงออกเลกนอยกอนเขาสเลนสตา คนทมสายตาสนมองเหนวตถไดชด ระยะใกลตาทระยะไมถง 25 เซนตเมตร ระยะไกลตาไมเหนถงระยะอนนต อาจแกไขไดโดยใชเลนสเวาชวยใหแสงไปตกทเรตนาพอด จะทาใหจดไกลเหนทระยะอนนตได

รปท 83 แสดงการเกดภาพของคนสายตาสนและการแกไข ทมา : http://www.rsu.ac.th/science/physics/pom/physics_2//light/ligh_30.htm

187

2) สายตายาว เปนอาการทมองเหนชดในระยะไกล ๆ และมองเหนไมชดในระยะใกล ๆ เปนเพราะกระบอกตาส นเกนไปหรอกลามเนอยดเลนสตาออนลาไมสามารถบงคบเลนสตาใหโปรงไดมาก พบมาก ในผสงอาย แกไขโดยการใชแวนตาททาจากเลนสนนเพอบบแสงใหลลงเลกนอยกอนผานเลนสตา คนทมสายตายาว มองเหนวตถไดชดระยะใกลตามระยะเกนกวา 25 เซนตเมตร และระยะไกลตามองไดไกลถงระยะอนนต อาจแกไขโดยใชเลนสนนชวยใหแสงไปตกทเรตนาพอด มผลใหมองเหนวตถจดใกลไดชดทระยะ 25 เซนตเมตร

รปท 84 แสดงการเกดภาพของสายตายาวและการแกไข ทมา : http://www.rsu.ac.th/science/physics/pom/physics_2//light/ligh_30.htm

3) สายตาเอยง เปนอาการทมองวตถในแนวดงหรอแนวระนาบไมชดเจน เกดจากเลนสตามความนนไมเทากน แกไขโดยใชแวนทเปนเลนสนนหรอเวาแบบกาบกลวยแลวแตกรณ กลาวคอ สายตาเอยงในแนวระนาบใชเลนสกาบกลวยชนดเวา ถาสายตาเอยงในแนวดงใชเลนสกาบกลวยชนดนน แตตรงกลางจะชดเจน แกไขโดยสวมแวนตาเลนสทรงกระบอกนน หรอเลนสกาบกลวย การวดสายตา แพทยจะตรวจสอบโดยใหยนหางจากแผนทดสอบตามขนาดของตวอกษร เชน ใชแผนทดสอบชนด 6 เมตร ตามปกตควรจะเหนแถวลางสด แตถาสายตาผดปกตจะเหนแถวถดขนไป

ตาปกต เรยกการเหนวา 6/6 โดยเหนแถวลางสดในระยะหาง 6 เมตร ตาผดปกต เรยกการเหน 6/9 ถาเหนแถวท 2 ชดเจน

2.3 การบอดส (Color Blindness) การมองเหนสตาง ๆ ของตานน สวนสาคญททาหนาทนกคอเรตนา ซงมเซลลรบแสงจานวนมาก เซลเหลานม 2 ชนด คอ เซลลรปแทงซงไวตอแสงทมความเขมนอย กบเซลลรปกรวยซงไวตอแสงทมความเขมสง โดยเฉพาะไวตอแสงสปฐมภม ซงกคอ แสงสเขยว แสงสแดง และแสงสน าเงน เมอแสงสตาง ๆ ผานเขามากระทบทเรตนา สญญาณทเกดขนจะถกสงผานประสาทตาไปสสมอง เพอแปลความหมายออกมาเปนความรสกในการมองเหนสของแสงนน ในตาคนปกตจะสามารถมองเหนสไดครบทกส ในกรณคนบางคนทไมสามารถมองเหนสไดครบทกส ทงในระยะใกลและระยะไกล หรอมองเหนสแตกตางจากคนอน เราเรยกวา การบอดส ซงอาจเกดขนจากความบกพรองของเซลลรปกรวยทไวตอแสงสใดสหนง ไมสามารถทางานไดตามปกต ทาใหความสามารถในการมองเหนสดอยลงไป เชน คนตาบอดสแดง จะมองไมเหนสแดงเนองจากวาเซลลรปกรวยทไวตอแสงสแดงมความผดปกต ซงคนทตาบอดสตาง ๆ จะมองเหนสของวตถแตกตางจากคนสายตาปกต

188

รปท 85 แสดงเซลลรบแสงของนยนตา ทมา : www_bangkokhospital_com_files

สาเหตของตาบอดสทเปนมาแตกาเนด มเรองของกรรมพนธเขามาเกยวของ ถายทอดทางพนธกรรมโดย

โครโมโซม X ทาใหเพศชายถามหนวยพนธกรรม X ททาใหเกดตาบอดส กจะแสดงอาการของตาบอดสออกมา ในขณะทเพศหญงถาหนวย X นผดปกตเพยงหนงหนวย กยงสามารถมองเหนไดปกตเหนปกตได ถาหนวย X อกตวหนงไมทาใหเกดตาบอดส

ความผดปกตของเมดสและเซลลรบแสงสเขยวหรอแดง ถกควบคมดวยยนบนโครโมโซม X และมการถายทอดทางพนธกรรมแบบ x-linked recessive จากแมไปสบตรชาย เพราะเหตนตาบอดสสวนใหญมกจะเกดกบเดกผชาย ซงไดรบการถายทอดมาจากมารดา ในเพศหญงพบนอยกวาเพศชายประมาณ 16 เทา หรอคดเปนประมาณรอยละ 0.4 ของประชากร ขณะทตาบอดสทงหมด จะพบไดประมาณรอยละ 10 ของประชากร และเปนการมองเหนสเขยวบกพรองเสยประมาณรอยละ 5 ของประชากร

กลมทมความผดปกต มาตงแตกาเนด ตาทง 2 ขางจะมอาการ มองเหนสผดปกต เหมอนกนคงทไมเปลยน แปลง ผทสามารถเหนสไดปกต จะตองมเซลลรบแสงสทจอประสาทตาครบทง 3 ส คอ แดง เขยว และนาเงน และมปรมาณเมดสในเซลลทปกต รวมทงระบบประสาทตาและการแปลผลทเปนปกตดวย สวนความผดปกตของเมดส และเซลลรบแสงสนาเงนนน จะพบผปวยกลมนไดนอย

ตาบอดสอกกลมหนง คอ ตาบอดสทเปนภายหลง มกเกดจากโรคทางจอประสาทตาหรอโรคของเสนประสาทตาอกเสบ มกจะเสยสแดงมากกวาสอน และอาจเสยเพยงเลกนอย คอดสทควรจะเปนนนดมดกวาปกต หรออาจจะแยกสนนไมไดเลยกได

ตารางท 15 การมองเหนวตถสตาง ๆ ของคนตาปกตและตาบอดส สของวตถ การมองเหนส

แสงสทเขาตา ตาคนปกต ตาบอดสแดง ตาบอดสเขยว ตาบอดสนาเงน ขาว ดา แดง เขยว นาเงน เหลอง นาเงนเขยว

แดง เขยว นาเงน - แดง เขยว นาเงน แดง เขยว นาเงน เขยว

ขาว ดา แดง เขยว นาเงน เหลอง นาเงนเขยว

นาเงนเขยว ดา ดา เขยว นาเงน เขยว นาเงนเขยว

แดงมวง ดา แดง ดา นาเงน แดง นาเงน

เหลอง ดา แดง เขยว ดา เหลอง เขยว

189

ความสามารถในการมองเหนสของแตละคนจะขนอยกบระยะทางระหวางผสงเกตกบวตถนน ถาระยะทางใกลจะจาแนกจานวนสไดมากขน แตถาระยะทางไกลจะจาแนกจานวนสไดนอยลง คณตาบอดสหรอไม ใหอานเลขตาง ๆ ทปรากฏในรปท 86 วามตวเลขอะไรบาง

รปท 86 การทดสอบตาบอดส ทมา : www_bangkokhospital_com_files

2.4 ภาพตดตา ปกตภาพตกทเรตนาตองใชเวลาไมตากวา 15

1 วนาท จงจะรบรวาเปนภาพอะไร หลกการนนามาฉายภาพยนตร โดยใหแตละภาพตกบนจอไมถง 15

1 วนาท เพอใหผดสงเกตแตละภาพไมได เชน ฉายดวยความเรว 24 ภาพตอวนาท แตละภาพตกบนจอ 24

1 วนาทเทานน เหนเปนภาพตอเนอง - ภาพยนตรความเรวปกต ความเรวถายทา = ความเรวฉาย เชน ถาย 24 ภาพตอวนาท ฉาย24 ภาพตอวนาท - ภาพยนตรชา (slow motion) ความเรวถายทา > ความเรวฉาย เชน ถาย 48 ภาพตอวนาท ฉาย 24 ภาพ ตอวนาท - ภาพยนตรเรว (quick motion) ความเรวถายทา < ความเรวฉาย เชน 12 ภาพตอวนาท ฉาย 24ภาพตอวนาท

2.5 การเหนภาพลวงตา การเหนภาพลวงตาเปนการเหนภาพทไมตรงกบความเปนจรงการเหนภาพลวงตาอาจเกดจากปรากฏการณทางแสง เชน ภาพสามมตจากเลเซอร การใชส เชน การสวมเสอผาสเขมจะทาใหสวมใสดผอมกวาการใชเสอผาสออน เสนดงทาใหรสกแคบสง ในขณะทเสนขวางทาใหรสกกวางเตย เปนตน

รปท 87 ภาพลวงตา

190

4. ทศนปกรณ 4.1 กลองถายรป (Camera) กลองถายรปเปนอปกรณในการบนทกภาพ ทใชเลนสนน ทาใหเกดภาพบนฟลม ซงเราสงเกตไดจากเมอ

ใชเลนสนนรบแสงวตถทอยไกล ๆ จะไดภาพทชดเจนบนฉากโดยเลนสนนจะทาใหเกดภาพจรงหวกลบขนาดตาง ๆ กน เมอวตถอยหนาเลนสตางกน

1) กลองถายรปอยางงาย มสวนประกอบทสาคญ 3 สวนคอ - ตวกลองททบแสง - เลนสนนรวมแสง - กระดาษแอมโมเนยรบแสงแทนฟลม

เมอใชกลองถายรปอยางงายถายภาพแลว นากระดาษแอมโมเนยไปใสในขวดทมสารละลายแอมโมเนย กระดาษแอมโมเนยจากเปลยนเปนสเหลองออนกลายเปนสน าเงนมวงเขมหรอจางขนอยกบแสงจากวตถภาพทเกดบนกระดาษแอมโมเนยเปนภาพจรง หวกลบ ขนาดเลกกวาวตถ

2) กลองถายรประบบเลนสเดยวสะทอนแสง (Single lens reflex camera) เปนกลองถายรปทนยมใช กนอยางแพรหลาย มสวนประกอบดงน - ตวกลอง ทาหนาทเปนหองมด - เลนสหนากลอง เชน เลนสนน วตถตองอยหางจากเลนสมากกวา 2 เทาของความยาวโฟกส

- ไดอะแฟรม เปนแผนโลหะเปด-ปดรหนากลอง ถาอยกลางแจงเปดไดอะแฟรมนอย ถาอยใน ทรม เปดไดอะแฟรมมาก

- ชตเตอร เปนกลไกเปด-ปด และควบคมเวลาทแสงจะผานเขากลอง วตถทอยนงตงความเรว ตาวตถทเคลอนท เชน เลนกฬา ตองตงความเรวสง

- ชองเลงภาพ ไวดและจดภาพในขณะถายภาพ - ฟลม ใชรบแสงทาใหเกดภาพจรงหวกลบ - แฟลช ใชเมอมแสงสวางไมเพยงพอ

รปท 88 สวนประกอบทสาคญของกลองถายรป ทมา : Jerold Touger , 2006.

191

4.2 เครองฉายภาพนงขามศรษะ (Overhead Projector : OHP) เปนทศนปกรณชนดหนงทนยมใชกนในหองเรยนหรอหองบรรยาย โดยจะทาหนาทฉายภาพทมอยบนแผนใส ซงมขนาดเลกใหปรากฏเปนภาพขนาดขยายบนจอ ซงสามารถมองเหนไดชดเจนขน มสวนประกอบทสาคญคอ

- พดลม เปนสงทใชระบายความรอนออกจากเครองฉาย - กระจกเวา ใชรวมแสงใหเปนลาแสงขนาน - หลอดฉาย เปนแหลงกาเนดแสง - กระจกเงาราบ ใชสะทอนลาแสงไปยงเลนสนน หรอไปยงจอรบภาพซงเอยงทามม45 องศา

- เลนสนน เปนเลนสนนแกมระนาบ 2 อน วางประกบกน และเลนสนนอนเดยวใช รวมลาแสง - เลนสเฟรแนล เปนเลนสนนแผนใหญ ซงมแผนโปรงใสวางอยดานบน เลนสนจะรวมลาแสง ใหมขนาดเลกลง

รปท 89 สวนประกอบทสาคญของเครองฉายภาพนงขามศรษะ ทมา : บญชา แสนทว, 2540.

4.3 เครองฉายภาพนงหรอเครองฉายสไลด (Slide Projector)

เครองฉายภาพนงเปนทศนปกรณทใชกนแพรหลาย มสวนประกอบทสาคญดงน - โลหะเวา เปนตวสะทอนแสงทาใหลาแสงขนาน - หลอดฉาย เปนแหลงกาเนดแสง - เลนสรวมแสง เปนเลนสนนแกมระนาบ 2 อนโดยหนดานนนเขาประกบกน ทาหนาทรวม

แสงใหมความเขมมากขน - เลนสฉายภาพ เปนเลนสนนอนเดยว ทาหนาทหกเหลาแสงจากวตถทาใหเกดภาพบนจอ - สไลด เปนวตถโปรงใสมรปตาง ๆ ตองใสหวกลบ

ภาพทเกดจากเครองฉายภาพนง เปนภาพจรงหวกลบ ขนาดใหญ ระยะวตถหรอสไลดจะตองวางอยระหวาง F และ 2F ถาตองการใหภาพขนาดใหญจะตองลดระยะหางจากเลนสกบวตถลงแลวเลอนฉากออกไปจากเดม ถาตองการใหภาพมขนาดเลกตองเพมระยะหางจากเลนสกบวตถ และเลอนฉากเขามาจากเดม

192

รปท 90 สวนประกอบของเครองฉายสไลดและการเกดภาพ ทมา : บญชา แสนทว, 2540.

กลองจลทรรศน (Microscope) เปนอปกรณทใชสองมองวตถทมขนาดเลกมาก เชน เชอโรคตาง ๆ เพอใหไดภาพขยายขนาดใหญ จะไดดรายละเอยดไดชดเจนยงขน มสวนประกอบทสาคญ 2 สวน ดงน - เลนสวตถ หรอ เลนสออฟเจคทฟ (Objective Lens) เปนเลนสนนทมความยาวโฟกสสนมาก อยทางสวนลางของกลองจลทรรศน ถาวางวตถใกลๆ ความยาวโฟกสของเลนสวตถ จะใหภาพ I0ในระยะทอยภายในความยาวโฟกสของเลนสตา - เลนสตา หรอเลนสอายพช (Eyepiece Lens) เปนเลนสนน อยทางสวนบนของกลอง สามารถถอดเปลยนได โดยทวไปเลนสตามความยาวโฟกสมากกวาเลนสวตถ ภาพทไดจากเลนสวตถ(I0)จะทาหนาทเปนวตถของเลนสตา ซงทาใหไดภาพเสมอน โดยหววตถ I0 และภาพวตถ I0 จะไปทางเดยวกน แตกลบหวตรงขามกบวตถจรง กาลงขยายของกลองจลทรรศนหาไดจากความสมพนธตอไปน

รปท 91 หลกการทางานของกลองจลทรรศน ทมา : Jerold Touger , 2006.

กาลงขยายของกลอง = กาลงขยายของเลนสวตถ x กาลงขยายของเลนสตา

193

วธสอนและกจกรรม บรรยายประกอบการซกถาม และหาตวอยางประกอบ

สอการสอน

เอกสารอางอง หมายเลข 9, 11, 13, 14, 16, 32 เอกสารประกอบ เอกสารการสอน(sheet) เรองมนษยและวทยาศาสตรกายภาพ วสดโสตทศน Power Point สปดาหท 11

งานทมอบหมาย ใหนกศกษาทาแบบฝกหด

การวดผล ซกถามในชนเรยน และจากคาตอบของแบบฝกหด

คาถามประจาหนวยเรยนท 6.4 6.5 และ 6.6

1. จงอธบายหลกการเกดภาพของเลนสนนและการนาไปใชประโยชน

2. จงเปรยบเทยบหลกการทางานของนยนตากบกลองถายรป

3. ตาบอดสมสาเหตมาจากอะไรจงอธบาย 4. สายตาเอยงเกดจากสาเหตใด และมวธการแกไขอยางไร 5. ถาตาบอดสมาตงแตกาเนด แลวจะทราบไดอยางไรวาตาบอดส

6. คนทสายตาสนเมออายมากขนสายตาจะเปนอยางไร 7. ไดออฟเตอรคออะไร จงอธบาย 8. เรามองเหนภาพทอยบนจอภาพยนตรเคลอนไหวไดเพราะเหตใด 9. จงอธบายหลกการทางานของกลองจลทรรศน 10. จงยกตวอยางทศนปกรณทนอกเหนอจากบทเรยนน พรอมทงอธบายหลกการทางานและการใชประโยชน

194

แบบทดสอบประจาหนวยเรยนท 6.4 6.5 และ 6.6 1. ถาวตถหางจากเลนสนนไกลกวาสองเทาของความยาวโฟกส (2F) ขนาดภาพจะเปนยางไร

ก. โตกวาวตถ ข. เทากบวตถ ค. เลกกวาวตถ ง. ไมเกดภาพ

2. ภาพทเกดจากเลนสเวาจะเปนอยางไร ก. ภาพเสมอนหวตงขนาดใหญกวาวตถเสมอ ข. ภาพเสมอนหวตงขนาดเลกกวาวตถเสมอ ค. ภาพจรงหวกลบขนาดเลกกวาวตถ ง. สรปแนนอนไมได

3. จากขอ 2 ขอใดกลาวถกตอง ก. เลนสเวามจดโฟกสอยดานหนาเลนส ข. เลนสเวามจดโฟกสอยดานหลงเลนส ค. เลนสเวามจดโฟกสอยท งสองดานของเลนส ง. ไมมขอถก

4. กลองจลทรรศนเครองหนงกาลงขยายของเลนสวตถ –10 กาลงขยายของเลนสตา – 40 เทา กาลงขยายของกลองตวนมคาเทาใด ก. 10 ข. 40 ค. 50 ง. 400

5. เราจะวางวตถไวหนาเลนสเวาบรเวณใดจงจะเกดภาพ เสมอนขนาดโตกวาวตถ ก. ระยะอนนตกบ ระยะ 2F ข. อยทระยะ 2F พอด ค. ทระยะ F พอด ง. ไมมขอถก

6. ชายคนหนงตาบอดชนดไมม R-cone ชมการเลนแสงสไฟบนเวทจะเหนอยางไร ก. แสงสเหลองเปนสแดง ข. แสงสมวงเปนสนาเงน ค. แสงสเขยวเปนสเหลอง ง. แสงสฟาแกมเขยวเปนสนาเงน

7. บรเวณของนยนตาทเมอภาพตกลงจะเหนภาพชดเจนมากทสด ก. Pupil ข. Retina

ค. Iris ง. Yellow Spot 8. คนสายตาปกตจะมองเหนไดชดเจนในระยะใกลสดกเซนตเมตร ก. 5 ข. 10 ค. 25 ง. 50 9. คนทมสนยนตาตางกน สงเกตจากอวยวะภายในตาสวนใด ก. เรตนา ข. เลนสแกวตา ค. มานตา ง. เซลลรปกรวย

195

10. รมานตาททาหนาทควบคมปรมาณแสงใหเขานยนตาเรยกวาอะไร ก. Pupil ข. Retina ค. Iris ง. Yellow Spot 11. ใชกลองถายภาพทมเลนซนนทางยาวโฟกส 5 เซนตเมตรถายรปอนสาวรยสง 80 เซนตเมตรโดยตงกลองหางจากอนสาวรย 50 เซนตเมตรตาแหนงทเกดภาพเปนกเซนตเมตร

ก. 0.18 ข. 0.22 ค. 4.54 ง. 5.56

12. ในเครองฉายภาพนง เราเรยกชดของเลนซทอยระหวางหลอดไฟกบฟลมสไลดวา ก. เลนซคควบ ข. เลนซขยาย ค. เลนซควบแสง ง. เลนซใกลวตถ

13. โดยสวนใหญหลอดไฟทนามาใชกบเครองฉายภาพนงจะตองมความสวางเปนพเศษ ซงหลอดไฟดงกลาวนเปนหลอดททามาจาก

ก. นออน – ฮเลยม เลเซอร ข. ควอทซคารบอน ค. แสงเลเซอรทเกดจากทบทม ง. หลอดคารบอนอารค

14. กลไกทควบคมการเปดปดหนากลองโดยอาศยมาน เพอใหแสงทผานเลนสเขามาไปตกยงฟลมภายใน กลอง คอขอใด ก. ซตเตอร ข.ไดอะแฟรม ค. เอฟ-นมเบอร ง. เลนสหนากลอง 15. เลเซอร ทมชวงคลนทตาสามารถมองเหนได มกจะทาจากอะไร ก. อารกอนและทบทม ข. กาซคารบอนไดออกไซด ค. ซลกาและเจอมเนยม ง. กาซไนโตรเจนเหลว

เฉลย 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 ค ข ก ง ง ค ง ค ค ก ง ค ง ข ก

161

1. สมบตของแสง 1.1 การสะทอนแสง (Reflection) การทเราสามารถมองเหนวตถตางๆ ไดนน เพราะมแสงจากวตถมาเขาตาเรา ถาวตถนนไมมแสงสวางใน

ตวเอง การมองเหนจะเกดจากแสงทไปตกกระทบกบวตถนนแลวสะทอนมาเขาตา เชน เมอเราอยในหองมดเราจะมองไมเหนสงใด แตถาเราเปดหลอดไฟฟากมองเหนสงตางๆ ในหองได นนกหมายความวา หลอดไฟฟาเปนแหลงกาเนดแสง แสงจากหลอดไฟจะเคลอนทผานอากาศมากระทบกบวตถแลวสะทอนเขาตาเรา ซงการสะทอนของแสงทเกดจากการเคลอนทจากตวกลางหนงไปยงอกตวกลางหนง

การสะทอนเปนสมบตทงของอนภาคและคลน เมอคลนแสงตกกระทบผวสะทอน จะเกดการ สะทอนทผวตกกระทบนน ผวทจะสะทอนคลนแสงไดอาจเปนกระจกฉาบปรอท โลหะขดมน หรอผวนากได การสะทอนจะเปนไปตามกฎการสะทอน 2 ขอ คอ

กฎขอ 1 คลนตกกระทบ(Incident ray)และคลนสะทอน(Reflect ray)จะอยบนระนาบเดยวกน กฎขอ 2 มมตกกระทบเทากบมมสะทอน ( i r )

รปท61 แสดงการสะทอนของแสงบนกระจกราบ ทมา : http://www.rsu.ac.th/science/physics/pom/physics_2//light/ligh_30.htm

เสนปกต (normal) คอเสนทตงฉากกบผวสะทอน ณ จดทรงสตกกระทบ มมตก (incident angle) เปนมมระหวางรงสตกกระทบกบเสนปกต มมสะทอน (reflected angle) เปนมมระหวางรงสสะทอนกบเสนปกต กรณทผวสะทอนเปนผวโคงอาจเปนผวครงทรงกลมหรอผวโคงพาราโบลา กฎการสะทอนกยงใชได เมอ

ผวสะทอนเปนผวโคงครงวงกลม คลนสะทอนจะมารวมกนทจด ๆ หนง ซงมใชจดโฟกส ถาผวสะทอนเปนผวโคงพาราโบลา คลนตกกระทบเปนคลนตรงขนาน คลนสะทอนจะรวมกนทจดโฟกส

จากการศกษาเรองการสะทอนของแสง สามารถเขยนรปแสดงการสะทอนแสงของวตถชนดตาง ๆ ได ประกอบดวย รงสตกกระทบ เสนปกต รงสสะทอน มมตกกระทบ และมมสะทอน โดยเขยนรปใหรงสตกระทบ เสนปกต และรงสสะทอน อยบนระนาบเดยวกน และจะตองใหมมตกกระทบกางเทากบมมสะทอนดวย

162

1.2 การหกเห (Refraction) แสงเคลอนทในสญญากาศดวยอตราเรว 3 x 108 m/s สวนในตวกลางอน ๆ อตราเรวของแสงจะเปลยนไป โดยมคาขนกบดชนหกเหของแสงในตวกลางนน ๆ ถาให n แทนดชนหกเห(Refractive Index) ของตวกลางใด ๆ จะได

จะได c

nv

เมอ c แทนอตราเรวแสงในสญญากาศหรออากาศ (m/s) v แทนอตราเรวแสงในตวกลางใด ๆ (m/s)

เมอคลนแสงเคลอนททศทามมใด ๆ กบเสนปกต ในกรณนคลนแสงจะมการเปลยนทางเดนไปจากแนวเดม ขณะทเรมเคลอนทเขาสอกตวกลางหนง เรยกวาการหกเห การหกเห คอการทคลนแสงเปลยนทศทางเดนเมอเขาสอกตวกลางหนงทมความหนาแนนไมเทากน ในตวกลางทมความหนาแนนเทากนความเรวของคลนแสงจะคงท แตถาแสงเคลอนทจากตวกลางชนดหนงไปยงตวกลางอกชนดหนง ความเรวของคลนแสงจะเปลยนไปทรอยตอระหวางผวของตวกลางทงสอง แตความถของแสงคงทเสมอไมวาจะผานตวกลางใด ๆ ดงนนความยาวคลนจะเปนปฏภาคโดยตรงกบความเรว เมอทศทางการเคลอนทของคลนแสงตงฉากกบรอยตอระหวางตวกลางทงสอง จะไมมการเปลยนทศทางเดนหรอไมเกดการหกเหนนเอง จะมการเปลยนแปลงเฉพาะความเรวกบความยาวคลน

รปท 62 แสดงรงสตกกระทบ รงสหกเห และรงสสะทอนของแสง เมอแสงเดนทางจากอากาศไปยงนา

ทมา : http://www.rsu.ac.th/science/physics/pom/physics_2//light/ligh_30.htm จากรปท 62 เมอแสงเดนทางผานอากาศ(ตวกลางท1) มคาดชนหกเห n1 ไปยงนา (ตวกลางท2) มคาดชน หกเห n2 จะเหนไดวารงสของแสงทเขาไปในตวกลางท 2 มแนวทางเปลยนไปจากแนวรงสตกกระทบเดม แสงจะเกดการหกเห โดยถาให 1 คอมมทรงสตกกระทบทากบเสนปกต และ 2 คอมมทรงสหกเหทากบเสนปกต เรยกวามมหกเห (angle of refraction ) จากกฎของสเนลลจะไดความสมพนธระหวางมมตกกระทบ ( 1 ) และมมหกเห ( 2 ) และคาดชนหกเหในตวกลางทงสอง n1 และ n2 ดงน

163

1 1 2 2n sin n sin

โดย แสงเดนทางจากตวกลางทมคาดชนหกเหมากไปยงตวกลางทมคาดชนหกเหนอย (จากตวกลางททบกวาไปยงตวกลางทโปรงกวา) จะทาใหมมหกเหมคามาก หรออาจกลาวไดวาแสงหกเหจะเบนออกจากเสนปกต แสงเดนทางจากตวกลางทมคาดชนหกเหนอยไปยงตวกลางทมคาดชนหกเหมาก(จากตวกลางทโปรงกวาไปยงตวกลางททบกวา) จะทาใหมมหกเหมคานอย แสงหกเหจะเบนเขาหาเสนปกต

ถาให 1 2n คอ ดชนหกเหของตวกลางท 1 เทยบกบตวกลางท 2 โดยท 11

cn

v และ 2

2

cn

v

2 1 1 11 2

1 2 2 2

n sin vn

n sin v

โดยทวไปคาความหนาแนนของตวกลางทเปนวตถโปรงใส จะมความสมพนธโดยตรงกบคาดชนหกเหของตวกลางนน กลาวคอถาวตถใดมความหนาแนนมากจะมคาดชนหกเหมาก และถาวตถใดมความหนาแนนนอยกจะมคาดชนหกเหนอยดวย ดงตารางตอไปน

ตารางท12 คาดชนหกเหของสารตาง ๆ สาหรบแสงความยาวคลน 589.3 นาโนเมตร

สาร คาดชนหกเห เพชร แกว นาแขง คารบอนไดออกไซดท 20 O C คารบอนเตตระคลอไรดท 20 O C เอธลแอลกอฮอลท 20 O C นาท 20 O C อากาศ

2.417 1.517 1.31

1.625 1.461 1.360 1.333

1.000293

1.3 การสะทอนกลบหมด(Total Reflection) การสะทอนกลบหมดเปนปรากฏการณหนงของแสงสะทอนและการหกเหของแสง กลาวคอ เมอแสงจาก

อากาศผานเขาไปในแทงพลาสตก ดชนหกเหจะมากกวาอากาศทาใหมมหกเหในแทงพลาสตกมขนาดเลกกวามมตกกระทบในอากาศ รงสหกเหจะเบนเขาหาเสนปกต ในทางกลบกนถาแสงผานแทงพลาสตกออกสอากาศ รงสจะเบนออกจากเสนปกต การหกเหของแสงในลกษณะนทาใหมมตกกระทบมคาตาง ๆ กน

เมอแสงเดนทางจากแทงพลาสตก ซงมความหนาแนนมากกวาไปสอากาศ ซงมความหนาแนนนอยกวา แนวรงสของแสงจะเบนออกจากเสนปกต ดงรปท 63

164

a b c

รปท 63 แสดงการหกเหและการสะทอนกลบหมดของแสง ทมา : http://www.rsu.ac.th/science/physics/pom/physics_2//light/ligh_30.htm แสงทเดนทางจากตวกลางทมคาดชนหกเหมาก (n1) ไปสตวกลางทมคาดชนหกเหนอย (n2) ถาใหแสงตก

กระทบทามมกบเสนปกตจะทาใหเกดมมหกเหของแสง เบนออกจากเสนปกต (ดงรปท 63a ) แตถาใหแสงตกกระทบจนทาใหมมหกเหมคาเทากบ มมตกกระทบนจะเรยกวา มมวกฤต (Critical Angle : c ) และ ถามมตก กระทบโตกวามมวกฤต จะเกดการสะทอนเพยงอยางเดยวเราเรยกวา การสะทอนกลบหมด (Total internal reflection) (ดงรปท63c ) โดยการหาคามมวกฤตสามารถคานวณไดจากสมการ

2 1

1 2

n sinn sin

ถามมตกกระทบ 1 c และมมหกเห 0

2 90 จะไดมมวกฤตมคาดงน

2 c0

1

n sinn sin 90

การประยกตเกยวกบการหกเหของแสงและการสะทอนกลบหมดมาใชในทางการแพทย โดยทาใหแสงเดนทางในหลอดยาวโคงซงทาดวยแกว เรยกหลอดโคงนวา เสนใยนาแสง (Fiber optic) ลกษณะของเสนใยนาแสงและปรากฏการณสะทอนกลบหมดในเสนใยนาแสง

เสนใยนาแสง (Fiber optic)

a b

รปท 64 a) เสนใยแกวนาแสง b) โครงสรางของใยแกวนาแสง

ทมา : http://electronics.howstuffworks.com/fiber-optic.htm

165

โครงสรางของใยแกวนาแสง - แกนกลาง (core) ทาดวยแกวบรสทธ เปนเสนทางใหแสงเดนผาน (core) มหลายขนาด เชน

9 ไมโครเมตร (single mode) 62.5 ไมโครเมตร (multi- mode) และ 0.04 -1 มลลเมตร (plastic) - ตวสะทอนแสง (cladding) ทาดวยสารอกชนดหนง - เปลอกหม (buffer coating) ทาดวยพลาสตก

โครงสรางของเสนใยแกวนาแสงมสวนอยางมากในการสงผานแสง โดยแสงในเสนใยแกวนาแสงจะถกทา ใหสะทอนกลบไปกลบมาระหวางรอยตอของแกนกลาง (core) และฉนวนทหม (cladding) จากปลายขางหนงไปยงอกปลายขางหนงของเสนใยแกวนาแสง สาเหตทตองม cladding หมสวนของ core ไว กเนองจากวา ถาหาก core สมผสกบอากาศโดยตรง อาจมสงปนเปอนในอากาศหรอ คราบนามนมาเกาะจบท core ซงจะทาใหการสะทอนกลบของแสงภายใน core ไมด เปนเหตใหมการสญเสยสญญาณแสงขน ดงนนจงจาเปนตองม cladding มาหมไวเพอปองกนเหตการณดงกลาว นอกจากนแลว ถดจากชน cladding ออกมากจะมฉนวนหมอกชนหนง เพอเพมความแขงแรงใหเสนใยนาแสงโคงงอไดดวยรศมคาหนงโดยไมแตกหก หลกการทางานของเสนใยแกวนาแสง

โดยทวไปเมอแสงเดนทางจากตวกลางหนงไปยงอกตวกลางหนง จะเกดปรากฎการณของการสะทอน (reflection) และการหกเห (refraction) ของแสงขนทผวรอยตอระหวางตวกลางทงสอง ซงสาหรบในกรณพเศษทตวกลางทแสงตกกระทบมคาดชนหกเหมากกวาในอกตวกลางหนง ( n2>n1 ; โดย n1 คอคาดชนหกเหของแสงในตวกลางทแสงหกเห และ n2 คอคาดชนหกเหของตวกลางทแสงตกกระทบ) และมมมตกกระทบทพอเหมาะกจะทาใหเกดปรากฎการณทเรยกวา การสะทอนกลบหมดของแสง (Total Internal Reflection) ขน ซงปรากฏการณดงกลาวสามารถนามาอธบายถงรปแบบการเดนทางของแสงอยางงายในเสนใยแกวนาแสงได

รปท 65 การสะทอนแสงในเสนใยแกวนาแสง ทมา : http://www.arcelect.com/fibercable.htm

ประโยชน ของเสนใยแกวนาแสง เชน ใชทาสายสญญาณของโทรศพท อนเตอรเนต โทรทศน เวลาใชงานจะนามารวมกนหลาย ๆ เสนใย เรยกวา สายเคเบล นอกจากนยงใชในการสองกลองดอวยวะภายในเชนกระเพาะอาหารได

ขอดของการใชใยแกวนาแสงคอ ราคาถกกวาสายทองแดง ขนาดเลกกวา มจานวนสายหรอชองมากกวา การสญเสยของสญญาณนอยมาก ไมถกรบกวนดวยคลนชนดอน(จงคมชดกวา) ใชพลงงานนอย นาหนกเบา โคงงอไดงาย ไมมสญญาณสะทอน (echo)

166

รปท66 แสดงการตรวจโดยใชเสนใยนาแสง ทมา : http://web.ku.ac.th/schoolnet/snet1/network/ask1.htm

1.4 การแทรกสอด ( Interference) การแทรกสอดของแสงจะเกดขนไดเมอคลนแสงสองชดเปนแสงเอกพนธ (Coherent Light) คอ เปนแสงท

มความถเทากน และมผลตางเฟส ณ เวลาใดๆ เปนคาคงตว แหลงกาเนดแสงเอกพนธทาไดโดยใชแสงจากแหลงกาเนดเดยวกนไปตกกระทบฉากทบทเจาะเปนชองเลกยาว (Slit) สองชองใกลกน แสงทออกจากชองเลกยาวทงสองจะเปนแสงเอกพนธ ในธรรมชาตเปนไปไมไดทจะมแหลงกาเนดแสงเอกพนธ

ถาคลนแสงท งสองชดไมเปนแสงเอกพนธ คอ มความถตางกน หรอมผลตางเฟสเปลยนแปลงตลอดเวลา เมอมาซอนทบกน พบวา คลนลพธจะไมเปนคลนสถตย แตจะเปนคลนเคลอนท (travelling waves) ทาใหไมเกดการแทรกสอด นกฟสกสชาวองกฤษชอ ทอมส ยง (Thomas Young) ไดทาการทดลองเพอศกษาปรากฏการณการแทรกสอดของแสง โดยจดอปกรณงายๆ ดงรปขางลางน และ S2 เปนชองเลกยาวสองชองทขนานกน และอยชดกนบนฉากทบ S2 คอ แหลงกาเนดแสงสเดยว หรอแสงเอกรงค (Monochromatic Light)

เมอแสงทะลผานจะเกดการแทรกสอดกน และเกดเปนรวการแทรกสอด (Interference Fringes) ปรากฏ ใหเหนเปนแถบมด แถบสวาง บนฉาก

รปท67 คลนแสง 2 ขบวนจากแหลงกาเนดอาพนธแทรกสอดกนบนฉาก ทมา : http://www.rsu.ac.th/science/physics/pom/physics_2//light/ligh_30.htm

1.5 การเลยวเบน (Diffraction) โดยทวไปแสงเดนทางเปนเสนตรง แตถาถกกดขวางดวยวตถ หรอชองแคบเลก ๆ แสงจะเกดการเลยวเบนขนได ดงแสดงดงรปขางลางน

167

รปท 67 ลวดลายการเลยวเบนของชองแคบเดยว ทมา : http://www.rsu.ac.th/science/physics/pom/physics_2//light/ligh_30.htm

ผลของการเลยวเบนจะปรากฏเปนรวของการเลยวเบนขนบนฉาก ซงมทงแถบสวางและแถบมดคลาย ๆ กบ

รวการแทรกสอด เกรตตงเลยวเบนเปนอปกรณสาคญทใชหาความยาวคลนของแสง ทาจากวสดโปรงใส เชน แผนแกว หรอแผนพลาสตกใส ทมขดเสนขนานจานวนมาก บนผวของแผนเสนขนานเหลานมระยะหางเทาๆ กน ชองวางระหวางเสนทถกขด จะทาหนาทเปนชองเลกยาว ซงแสงสามารถทะลผานได จานวนเสนทขดเปนหลายพนถงหมนเสนตอชองกวางหนงเซนตเมตร เรยกเกรตตงชนดนวา เกรตตงชนดสงผาน (Transmission Grating) นอกจากนยงมเกรตตงชนดสะทอน (Reflection Grating) ซงไดจากการขดเสนขนานบนผวโลหะขดมนหรอผวแกวทฉาบเงนไวทาใหแสงเกดการสะทอนจากบรเวณผวระหวางเสนทถกขด

1.6 การเกดโพลาไรเซชน (Polarization) เปนปรากฏการณธรรมชาตเกยวกบแสงบางอยางทไมสามารถมองเหนไดดวยตาเปลา ซงตรงกนขามกบการ

เหนรง พระอาทตยหรอพระจนทรทรงกลด ภาพลวงตา หรอสของทองฟา แสงทมองไมเหนน เรยกวา แสงโพลาไรซ แตกมความเขมและพลงงานเชนเดยวกบแสงสอนๆ และเราสามารถควบคมความเขมของแสงโพลาไรซไดตามตองการ

เวลาทเรามองไปบนผวนาทมแสงแดดตกกระทบ จะรสกเคองนยนตาถามองอยนาน ๆ ทเปนเชนนเพราะมแสงสะทอนจากผวน ามาเขานยนตาเรามาก บรเวณของแสงสะทอนจะเพมมาขนเมอแสงทมาตกกระทบบนผวน ามความเขมมากขน นยนตาเราไมสามารถจองมองแสงทสองจาได แตถามองผานแผนกรองแสงหรอใสแวนกนแดดสเขมจะรสกสบายตาขน และจองมองแสงจาไดนานขน กจกรรมบางอยางทเกยวกบแสงและจาเปนตองใชแสงทมความเขมลดลงจะใชแผนกรองแสงสธรรมดามากรองแสงไมเพยงพอ จะตองใชแผนกรองแสงทมลกษณะพเศษ เรยกวา โพลารอยด (Polaroid) ปรมาณแสงทผานแผนกรองแสงธรรมดากบทผานโพลารอยดไมเทากน

แผนโพลารอยด เปนแผนกรองแสงชนดพเศษ ผลตจากสวนผสมของพลาสตกเหลวกบสารไอโอควนนซลเฟต โดยจดใหโมเลกลของสารเคมนเรยงกนเปนแถว ขนานกนและอยในทศทางเดยวกน ชองวางระหวางโมเลกลจงมเพยงทศทางเดยว ดงนนแสงทะลผานโพลารอยดจงผานไดเพยงทศทางเดยว ทาใหมความเขมลดลงเหลอเพยงครงหนง เรยกแสงนวา แสงโพลาไรซ

168

รปท 68 แสงผานแผนโพรารอยด และตวกรองแสง ทมา : James T. Shipman and Jerry D. Wilson , 1990.

แผนโพลารอยดมสมบตทยอมใหแสงธรรมดาทมระนาบขนานกบแกนของแผนโพลารอยดผานไปได โดยดดกลนแสงทมระนาบตงฉากกบแกนไว ดงนนแสงทผานแผนโพลารอยดจงมความสวางหรอความเขมของแสงลดลงประมาณครงหนง

การทแผนโพลารอยดมสมบตดงไดกลาวมาแลวขนอยกบลกษณะโครงสรางอะตอมของวสดทนามาทา นกวทยาศาสตรชาวอเมรกนไดผลตแผนโพลารอยดจากการผสมพลาสตกเหลวกบสารไอโอโดควนนซลเฟตแลวรดใหเปนแผนบาง ๆ โดยยดออกจากกนเพอทาใหโมเลกลของสารดงกลาวเรยงกนเปนแถว ๆ เกดเปนชองเลก ๆ เทารเขมเรยงขนานกนในแนวใดแนวหนงเมอใหแสงทมสมบตเปนคลนแมเหลกไฟฟาหรอแสงทประกอบดวยสนามแมเหลกเหนยวนาซงกนและกนกบสนามไฟฟาเคลอนทในระนาบใดระนาบหนง ทศของสนามทงสองนจะตงฉากกนแตจะมเพยงสนามหนงเดยวเทานนทแผนโพลารอยดจะไดแสงโพลาไรซ

ถาใชแผนโพลารอยด 2 แผนทมขนาดเดยวกนนามาวางใหแกนตงฉากกนแสงทผานเขาไปจะมด มองไมเหนแสงททะลผานแผนโพลารอยดเลย เพราะแสงทงหมดจะถกดกไวหมด เนองจากโพลารอยดแผนทหนงยอมใหแสงผานไปเหลอทศทางเดยว สวนแผนทสองจะดดกลนแสงทออกมาจากแผนแรกไว

จะเหนไดวา แสงธรรมดาทผานแผนโพลารอยดไปแลวจะมความเขมลดลง และเราสามารถควบคมความเขมของแสงไดโดยใหแสงธรรมดาทมความเขมหรอจามากๆ ผานแผนโพลารอยด 2 แผนทวางใหแกนตงฉากกน หรอทามมพอเหมาะทจะทาใหเกดปรากฏการณแสงโพลาไรซ (Polarization)

การตรวจสอบแสงโพลาไรซ

การทจะตรวจสอบวาบรเวณใดหรอแหลงกาเนดใดมปรากฏการณแสงโพลาไรซหรอไม ทาไดโดยนาแวนโพลารอยด 1 แผนมากนแสงจากแหลงกาเนดนน ทาการหมนแผน โพลารอยดไปจนครบรอบ สงเกตความสวางของแสงททะลผานออกมาทางดานหลงของแผนโพลารอยด ถาความเขมของแสงไมเปลยนแปลงแสดงวาแสงนนไมเปนแสงโพลาไรซ แตถาความเขมของแสงลดลงจงจะเปนแสงโพลาไรซ

ประโยชนของแสงโพลาไรซ 1. ใชกรองแสงเพอทาใหแสงททะลผานเหลอเพยงระนาบเดยว มความเขมลดลง ไมจาจนเกนไป 2. ใชทาแวนตากนแดดเพอลดความเขมของแสงโดยเฉพาะแสงทจามากๆ และลดแสงพราทเกดจาก การสะทอนทผวมน

169

3. ใชทาแผนกรองแสง (ฟลเตอร) ในกลองถายรป เพอกรองแสงโพลาไรซทปนอยกบแสงสะทอนททา ใหตาพรา 4. เปนสวนประกอบสาคญของเครองโพลารมเตอร (Polarimeter) ซงใชตรวจสอบงานดานตาง ๆ ดงน - ดานเกษตรกรรม ใชตรวจหาความหวานของนาตาลในออย และนาองน

- ดานการแพทย ใชตรวจหาปรมาณนาตาลในปสสาวะ และในเลอด - ดานการกอสราง ใชศกษาแบบจาลองโครงสรางของสงกอสราง - ดานการศกษาวทยาศาสตร เชน การหกเหสองแนวของสารโปรงใสชนดตางๆ - ดานธรณวทยา ใชตรวจสอบแรธาตบางชนด

2. สเปกตรมของแสง

แสงมสมบตเปนคลนแมเหลกไฟฟาและเคลอนทในแนวเสนตรง แสงเดนทางดวยอตราเรวคงทประมาณ 186,000 ไมลตอวนาท (ประมาณ 3108 เมตรตอวนาท) แหลงกาเนดของแสงกคอดวงอาทตย ซงเปนแหลงพลงงานทใหญและสาคญทสด ในขณะทดวงอาทตยแผรงสมายงโลกเรา ถาสงเกตใหดจะเหนเปนแสงระยบระยบจนตาลาย ประกอบดวยหลายหลากส เนองจากแสงสะทอนเขาตาเราซงอาจจะบรรยายไดวาประกอบดวยแสงสอะไรบาง แตละบคคลอาจจะมองเหนเปนแสงสตาง ๆ ไมเหมอนกน แตถามองบรเวณกวาง ๆ ออกไปจะไมสามารถบอกไดวาเปนสอะไร มองเหนเปนบรเวณกวางและวางเปลาแตความสวางไมสามารถระบแสงสได แทจรงกคอแสงสวางจากดวงอาทตยนนเอง ในทางวทยาศาสตรจงจดใหแสงอาทตยเปนแสงขาว

รปท 69 สเปกตรมของแสงขาวเมอผานปรซม ทมา : http://apollo.lsc.vsc.edu/classes/met130/notes/chapter4/color.html

แสงเดนทางเปนแนวเสนตรง เมอใหแสงสองผานปรซมจะเกดการหกเห 2 ตอน คอหกเหภายในและหกเหออกนอกปรซม แสงสวนทหกเหออกจากปรซมจะแยกออกเปนแสงสหลาย ๆ ส ปรากฏการณดงกลาวนเรยกวาการกระจายแสง แสงสทกระจายออกมอย 2 ลกษณะ คอ เปนแถบแสงสตอเนองกนทง 7 ส กบเสนแสงส แตละแสงสจะอยหางกน สงเกตไดวาจะมชองวางระหวางสทง 7 ส แสงสทอยตอเนองกนเรยกวา แถบสเปกตรมของแสง ซงมมากกวา 7 ส แตตาเราเหนไดเพยง 7 สเทานน ดงรปท 69 สวนแสงสอน ๆ มองไมเหนเนองจากมความยาวคลนสนและยาวเกนกวาทจะมองเหน การทแสงขาวกระจายออกเปนแสงสไดกเพราะแตละสมการหกเหและความยาวคลนไมเทากน แสงสมวงมการหกเหมากและมความยาวคลนสน สวนแสงสแดงมการหกเหนอยและมความยาวคลนมาก

170

3. การผสมแสงส การผสมแสงส เปนการนาเอาแสงสตาง ๆ มารวมกนบนฉากสขาว จะไดแสงสตาง ๆ เกดขน แสงสปฐมภม (Primary Color) เปนแสงสทไมสามารถจะนาแสงสอนใดมาผสมกนใหเหมอนได ไดแก แสงสแดง แสงสนาเงน และแสงสเขยว แสงสทตยภม (Secondary Color) เปนแสงสทเกดจากการนาเอาแสงสปฐมภมมาผสมกน ไดแก แสงสเหลอง (แสงสแดง+แสงสน าเงน) แสงสแดงมวงหรอแสงสมวง (แสงสแดง+แสงสน าเงน) และแสงสน าเงนเขยวหรอแสงสฟา (แสงสนาเงน+แสงสเขยว) แสงสเตมเตม (Complementary Color) เปนแสงสทคใดผสมกนแลวเปนแสงขาว ไดแก แสงสเหลอง+แสงสนาเงนไดแสงสขาว แสงสน าเงนเขยว+แสงสแดงไดแสงสขาว แสงสแดงมวง+แสงสเขยวไดแสงสขาว แสงสแดง+แสงสเขยว+แสงสนาเงนไดแสงสขาว

รปท 70 การผสมแสงส การผสมแสงส(Addition of colors) เปนวธรวมแสงสปฐมภมตงแต 2 แสงสเปนตนไปแลวเกดแสงสประกอบขน เชนเมอฉายแสงสแดงและสเขยวทมความเขมเทากนไปรวมกนบนฉากจะเหนเปนแสงสเหลอง แสงสเหลองจงเปนแสงสประกอบ การผสมแสงสตาง ๆ เปนไปตามสามเหลยมของแมกซเวล

สแดง + สนาเงน + สเขยว ( ในอตรา 1:1:1) ได สขาว(White) สแดง + สเขยว ( ในอตรา 1:1) ได สเหลอง(Yellow) สนาเงน + สเขยว ( ในอตรา 1:1) ได สฟาแกมเขยว(Cyan) สแดง + สนาเงน ( ในอตรา 1:1) ได สมวง(Magemta) แสงสตรงกนขามกนรวมกนดวยอตราสวนเทากนจะไดแสงสขาวและแสงสทงสองเปนแสงสเตมเตมซงกน

และกน เชนแสงสแดงเปนแสงสเตมเตมของแสงสน าเงนแกมเขยว แสงสมวงเปนแสงสเตมเตมของแสงสเขยว ในเครองรบโทรทศนสจะตองมหลอดส 3 หลอดตามแสงสปฐมภมคอ สแดง สเขยว และสนาเงน สของวตถ

การทเรามองเหนวตถไดเนองจากมแสงเดนทางจากวตถนนเขาตาเรา วตถทมผวเปนสใด ๆ กจะมสมบตในการสะทอนแสงสนนไดด จงทาใหเราเหนสของวตถได ภายใตแสงขาวหรอแสงอาทตยเราจะเหนเปนสตาง ๆ ของวตถไดชดเจน เชน เหนใบไมสเขยวไดเนองจากใบไมสะทอนแสงสเขยวไดดและดดกลนแสงสอน ๆไวไดมาก วตถแสงขาวสามารถสะทอนแสงสไดดทกสแตวตถสดากลบดดกลนแสงสตาง ๆ ไวหมด การมองวตถสตาง ๆ ภายใตแสงสใดสหนงจะทาใหเหนสของวตถแตกตางออกไป

171

รปท 71 การมองเหนสของวตถ ทมา : http://apollo.lsc.vsc.edu/classes/met130/notes/chapter4/color.html

การเหนสของวตถขนอยกบสงดงตอไปน คอ

1. แสงสทมาตกกระทบกบวตถและสะทอนเขาสนยนตา 2. ตวสของวตถทดดกลนแสงส 3. นยนตาทปกต

สของวตถทบแสง การทจะเหนวตถทบแสงวาเปนสอะไรขนอยกบคณสมบตการสะทอนแสงสของวตถนนวาจะสะทอนแสงสอะไรมาเขาตา เชน เหนปกสมดเปนสฟาแสดงวาปกสมดจะดดกลนแสงสอนหมดสะทอนเฉพาะสฟามาเขาตา ถาวตถใดดดกลนแสงสทกสไมสะทอนแสงใด ๆ เลยจะเหนวตถเปนสดา สของวตถโปรงใส เชน กระดาษแกว แกวส การทจะเหนวตถโปรงใสวาเปนสอะไรขนกบคณสมบตในการหกเหแสงวาจะหกเหแสงสอะไรเขาตาเรา เชนแกวสมวงจะยอมใหแสงสแดงและสน าเงนเทานนหกเหผานแกวเขาตาเราในอตราสวนเทา ๆ กน ดงนนส(Color) จงเปนคณสมบตของแสงทเกยวของกบความถของคลนแสงโดยตรง ไมใชคณสมบตของวตถนน

ตารางท12 การเหนแสงสของวตถเมอฉายแสงสอนๆ ไปยงวตถ

สของวตถในแสงขาว สทสงเกตเหนในแสงส

แดง เขยว นาเงน เหลอง ขาว แดง เขยว นาเงน

เหลอง ดา

แดง แดง ดา ดา สม

ดา

เขยว แดงทบ

เขยว เขยวทบ

เขยวเหลอง ดา

นาเงน

แดงมวง เขยวทบ

นาเงน

เขยว ดา

เหลอง แดง เขยว มวง เหลอง ดา

4. ปรากฏการณธรรมชาตของแสง

ในวนทอากาศรอนจดบางครงเมอทานนงรถไปตามถนนจะเหนเหมอนมนาทวมอยหรอบางครงไดขาวเกยวกบจานบน หลงฝนตกมกจะเหนรงกนนาพาดไปตามทองฟา ปรากฏการณเหลานเกดขนมาได อยางไร

172

4.1 รงกนนา (Rainbow) รงกนน าเกดจากการกระจายของแสงเมอผานหยดน า รงกนน ามกจะเกดหลงฝนตก เมอมแสงอาทตยฉายมาทางดานหลงของผสงเกต เมอรงสจากแสงอาทตยผานเขาไปในหยดนาฝนจะเกดการหกเห สะทอนทผวหลงแลวหกเหอกครงกอนออกสอากาศ การกระจายแสงสตาง ๆ จะเกดขนทกครงทมการหกเห ทาใหเกดวงแหวนสรงโดยมสแดงอยดานนอก ดานในเปนแสงสมวง ระหวางแสงสทงสองเปนแสงสตาง ๆ ในสเปกตรม คอ สสม สเหลอง สเขยว สน าเงน และสคราม เราเรยกวารงกนน าปฐมภม คนทอยบนเครองบนจะเหนวงแหวนสรงนครบวง แตถามองจากพนดนจะเหนเฉพาะสวนบนของวงแหวนเปนรปโคง ถาแสงทมากระทบหยดนาทามมใหญกวา 45 องศาจะทาใหเกดการสะทอนภายในหยดนาสองครง กอนกระจายออกสภายนอกทาใหเกดรงกนน าทตยภม ซงจะมแสงสเรยงตรงขามกบรงกนน าปฐมภม เนองจากแสงบางสวนหกเหจากหยดนาในการสะทอนแตละครง ทาใหรงกนนาทตยภมมสจางกวารงกนนาปฐมภม

ในการมองเหนรงกนน านนบางครงอาจมองเหนแสงสมวงอยขอบบนของสวนโคงของรงและเหนแสงสแดงอยขอบลาง แตในบางครงอาจมองเหนแสงสแดงอยขอบบนและเหนแสงสมวงอยขอบลางกได

โดยปกตเราจะมองเหนรงกนนามลกษณะเปนโคงวงกลมหรออาจเหนมากกวาหรอนอยกวาครงวงกลมกได ขนอยกบตาแหนงทเรามองด โดยความเปนจรงแลวในบรรยากาศมละอองนาอยจานวนมาก และจะเกดปรากฎการณหกเหและสะทอนของแสงดงทไดกลาวมาแลว แตอยในตาแหนงทสายตาของเราไมอาจมองเหนได ดงนนสงทเรามองเหนรงกนนาทปรากฏแกสายตานน เปนเพยงปรากฏการณสวนหนงทอยในตาแหนงทพอเหมาะกบแนวการมองเหนของนยนตาของเราเทานน

บางครงอาจเหนรงกนนา 2 ตวพรอมกน โดยตวแรกอยขางลางเรยกวา รงปฐมภม และตวทสอง อยขางบนเรยกวา รงทตยภม ดงรปขางลางน

a b

รปท71 a) แสดงการเกดรงกนนา b) รงกนนาปฐมภมและรงกนนาทตยภม ทมา : http://apollo.lsc.vsc.edu/classes/met130/notes/chapter4/color.html

4.2 ภาพลวงตา (Mirage) เปนปรากฏการณหกเหของแสงผานชนบรรยากาศทมความหนาแนนตางกน มกจะพบมากในทะเลทราย

แถบยโรป อเมรกา หรอบรเวณขวโลก ปรากฏการณนกอใหเกดความเขาใจไมถกตองแกมนษยชาตทงในอดตและปจจบน ซงแสดงใหเหนอยางชดวามนษยทกคนควรมความเขาใจพนฐานทางวทยาศาสตรบางพอสมควร เชนในสมยโบราณ(พ.ศ.2449) นกสารวจชาวอเมรกนชอ โรเบรต อ เนยร ผสารวจขวโลกเหนอเปนคนแรก คนพบแนวเขาทางดานตะวนตกเฉยงเหนอ ซงหางออกไป 120 ไมลจากตาแหนงทเขาสงเกต เขาไดบนทกตาแหนงและใหชอวา Crooker Land ตอมา พ.ศ. 2456 คณะสารวจซงนาโดย โดนลด บ แมคมกลนไดออกสารวจหา Crooker Land เมอเดนทางใกล Crooker Land ในระยะ 30 ไมล Crooker Land กหายไป ความจรงแลวดนแดนนนไมมจรงเปนเพยงมราจแบบทมการหกเหซบซอนทเรยกวา

173

ฟาตามอการนา (Fata Morgana) มนษยตองเสยเวลาถงครงศตวรรษในการคนหาภาพลวงตาน แมในปจจบนวทยาศาสตรจะเจรญกาวหนาและมนษยมความรทางวทยาศาสตรมากขนกยงมผพบวตถลกลบซงไมแนชดวาเปนอะไรปรากฏบนทองฟาบาง บนผวโลกในระยะไกลบาง ซงวตถลกลบนเรยกวาจานบน(Unidentified object :UFO) เชนในฤดหนาวประเทศในแถบยโรปและอเมรกาจะมฝงนกเปดนาบนอพยพขามทวปในเวลากลางคน เพอหลบลมหนาวจากขวโลกเหนอมาหากนทางขวโลกใต เมอผานเขตตวเมองแสงไฟทมากระทบนกเปดน าจะหกเหผานชนบรรยากาศทาใหเกดภาพมราจเปนจดขาว ๆ เปนกลม ผคนทอยขางลางจะเหนเหมอนฝงจานบนบนเกาะเปนหมผานไปบนทองฟา นอกจากนยงมปรากฏการณ UFO อน ๆ เกดขนเนอง ๆ ซงสวนใหญสามารถพสจนไดวาเปนมราจ มราจทพบโดยทว ๆ ไป แบงไดเปนสองแบบ

1) แบบซพเรยร (Superior) จะเกดขนเมอบรรยากาศทอยใกลผวโลกเยนกวา ยงสงขนไปอณหภมจะเพมขน ภาพมราจแบบนจะเหมอนวตถแตอยสงกวาตาแหนงของวตถจรง มกจะเกดในฤดหนาวหรอในเมองหนาว เชนในยโรปและอเมรกา มราจแบบนทาใหเขาใจผดวาเปนUFOไดงาย อาจเรยกปรากฏการณนวา Looming

2) แบบอนฟเรยร (Inferior) เกดขนเมออากาศทอยใกลผวโลกรอนกวาบรรยากาศทอยสงขนไปภาพทเกดจากมราจแบบนอยต ากวาตาแหนงของวตถจรงและบนผวทเกดภาพจะเหนคลายผวนามกจะพบมากบรเวณทะเลทราย

a b รปท 72 a) การเกดภาพลวงตาแบบซพเรยร b) การเกดภาพลวงตาแบบอนฟเรยร

ทมา : http://apollo.lsc.vsc.edu/classes/met130/notes/chapter4/color.html

รปท 73 มองเหนมนาบนถนนเปนภาพลวงตาแบบอนฟเรยร

ทมา : http://apollo.lsc.vsc.edu/classes/met130/notes/chapter4/color.html 4.3 สของทองฟา เปนปรากฏการณบนทองฟาเนองจากแสงอาทตยสองมาตกกระทบอนภาคในอากาศ ทาใหแสงมการ

สะทอนออกไปทกทศทาง กระจดกระจายไปรอบ ๆ อนภาคนน เรยกวา “การกระเจงของแสง” แสงสน าเงนและสมวงม

174

ความยาวคลนสนจะกระเจงไดมากกวาแสงสแดงและสอน ๆ ซงมความยาวคลนยาวกวา ในวนทมอากาศโปรงเราจะเหนทองฟาเปนสนาเงน เพราะแสงสมวงกระจดกระจายแผเตมทองฟา ดวงอาทตยขณะขนหรอตกจะมสแดง เนองจากขณะนนดวงอาทตยอยตรงขอบฟาพอดซงเปนตาแหนงไกลสดจากนยนตาเรา เมอเรามองไปทดวงอาทตยแสงขาวจากดวงอาทตยกวาจะมาเขาตาเราตองผานชนบรรยากาศทมความหนาแนนมากกวาตาแหนงอน ๆ ทอยสงจากขอบฟาขนไป แสงทมความยาวคลนสน (มวง,น าเงน) สวนใหญจะกระจดกระจายไปขาง คงเหลอแตแสงสทมความยาวคลนมาก (แสด,แดง) มาเขาตาเรา จงทาใหเหนดวงอาทตยมสแดงหรอสสม ชาวบานเรยกวา “ผตากผาออม” สวนบรเวณทอยสงกวาขอบฟามาก ๆ โดยเฉพาะตอนเทยงวนแสงขาวผานชนบรรยากาศนอย เพราะดวงอาทตยอยใกลโลกเรามากทสด แสงขาวเกดการกระจดกระจายนอย ทกแสงสอาจผานเขามายงตาเราไดจงเหนแสงอาทตยคอนขางขาว นกวทยาศาสตรไดตงเปนทฤษฎของแสงไววา ’’แสงทมความยาวคลนสนเมอมากระทบกบอนภาคขนาดเลกในชนบรรยากาศจะเกดการกระเจงไดมากกวาแสงสทมความยาวคลนยาวมากกวา“ กอนเมฆทลอยอยบนทองฟาบางครงจะเหนเปนสดาทมน แตบางครงเหนเปนสขาวเนองจากเมฆเปนกลมของละอองน าขนาดใหญ เมอมแสงมาตกกระทบ ทกสจงกระจดกระจาย (กระเจง) ออกมาไดเทากนหมด ทาใหแสงสตาง ๆ รวมกนเปนแสงขาวเหมอนเดม เราจงเหนเมฆเปนสขาว ในชนบรรยากาศเปนทวางเปลา ไมมอนภาคใด ๆ อยเลยจงไมมอนภาคททาใหเกดการกระเจงของแสงมายงตาเรา ดงนนนกบนทอยในยานอวกาศจงมองเหนทองฟาเปนสดา

a b รปท 74 a) หลกการกระเจงของแสง b) การกระเจงของแสงเมอผานหมอกควน ทมา : http://en.wikipedia.org/wiki/Light

4.4 พระอาทตยทรงกลด มลกษณะเปนวงแสงหลาย ๆ วงอยรอบดวงอาทตยหรอดวงจนทรในขณะเตมดวงแสงสแตละวงมเสนผานศนยกลางขนาดตาง ๆ กน ตงแต 1-10 องสตรอม วงแสงสแดงอยรอบนอกสด เหนไดชดเจนมาก แตจะคอย ๆจางลงในวงถดเขามาถงวงในสดจะเหนเปนสเขยวจาง ๆ เกอบขาว ปรากฏการณนเรยกวา พระอาทตยทรงกลดและพระจนทรทรงกลดเกดขนในเวลาตางกน แตวธการคลายคลงกน กอนทจะปรากฏใหเหนเปนวงสตาง ๆ จะเหนมเมฆลอยอยรอบ ๆ บรเวณนน ภายในกอนเมฆจะมละอองนาเกาะตวกนอยจานวนมากมาย บรเวณทเยนจดภายในกลมเมฆจะมผลกของนาแขง เมอแสงขาวมาตกกระทบผลกของน าแขงซงเรยงกนตามแนวเสนโคงของวงกลมกจะเกดการหกเหและสะทอนกลบหมด

175

ภายในผลกน าแขง แลวจงหกเหมาสบรรยากาศภายนอก แสงสทหกเหออกมาจะมการกระจายเปนสเปกตรมทามมพอเหมาะกบนยนตาเราจงมองเหนเปนวงแหวนแสงสตาง ๆ ขนาดกวาง หรอเหนเปนสขาวนวลรอบดวงอาทตยหรอดวงจนทร สวนผลกนาแขงทเรยงตวในแนวอนจะไมทาใหเกดปรากฏการณดงกลาว ปรากฏการณนในทางวทยาศาสตรเรยกวา คอโรนา (Coronas) ซงเปนตนเหตทาใหเกดการเชอถอผสางและโชคลางตาง ๆ กนงมงายในสมยโบราณกาล แตทวาวงแสงดวงอาทตยเหนไดยาก นาน ๆ ครงจะปรากฏครงหนงเนองจากความสวางจามากของแสง สาหรบวงแสงดวงจนทรจะเหนไดชดเจนมากกวาในวนทมอากาศแจมใสและมเมฆบาง ๆ แผทว ๆ ไปในทองฟา และเนองจากเกดในเวลากลางคนทพระจนทรเตมดวงทองฟามดจงสามารถมองเหนวงแสงสรอบดวงจนทรไดชดเจน

a b

รปท75 a) หลกการเกดพระอาทตยทรงกลด b)พระอาทตยทรงกลด ทมา : http://apollo.lsc.vsc.edu/classes/met130/notes/chapter4/color.html วธสอนและกจกรรม บรรยายประกอบการซกถาม และหาตวอยางประกอบ

สอการสอน

เอกสารอางอง หมายเลข 9, 11, 13, 14, 16, 32 เอกสารประกอบ เอกสารการสอน(sheet) เรองมนษยและวทยาศาสตรกายภาพ วสดโสตทศน Power Point สปดาหท 10

งานทมอบหมาย ใหนกศกษาทาแบบฝกหด

การวดผล ซกถามในชนเรยน และจากคาตอบของแบบฝกหด

176

คาถามประจาหนวยเรยนท 6.1, 6.2 และ 6.2

1. จงอธบายหลกการสะทอนกลบหมด 2. คาดชนหกเหของสารใด ๆ จะเปนตวบอกสมบตใดของสารนน

3. แผนโพลารอยดคออะไร มสมบตอยางไร 4. แสงสปฐมภมหมายถงอะไร ไดแกอะไรบาง 5. การทเรามองเหนสของวตถโปรงใสเกดจากอะไร 6. การทเรามองเหนสของวตถทบแสงเกดจากอะไร 7. ถาวางดอกกหลาบสแดงบนผากามะหยสน าเงนเราจะมองเหนดอกกหลาบเปนสอะไร เพราะเหตใด

8. โพลาไรเซชนคออะไร 9. จงยกตวอยางปรากฏการณ การแทรกสอดของแสง 10. การทเรามองเหนวตถเปนสขาวเพราะอะไร

177

แบบทดสอบประจาบทเรยนท 6.1, 6.2 และ 6.2 1. การหกเหของแสงเกดจาก

ก. ความเรวของแสงเปลยนไป ข. ความยาวคลนแสงเปลยนไป ค. การเดนทางจากตวกลางหนงไปยงอกตวกลางหนง ง. ถกทกขอ

2. แสงอาทตยใชเวลาเดนทางมายงโลกกนาท ก. 4 ข. 6 ค. 8 ง. 10

3. การสะทอนกลบหมดเกดขนเมอใด ก. แสงเดนทางจากตวกลางทมความหนาแนนมากกวาไปตวกลางทมความหนาแนนนอยกวา ข. แสงเดนทางจากตวกลางทมความหนาแนนนอยกวาไปตวกลางทมความหนาแนนมากกวา

ค. ตวกลางทมดชนหกเหมาก ง. ตวกลางทมดชนหกเหนอย 4. เมอแสงเดนทางผานเขาสตวกลางทมความหนาแนนมากขน แสงจะมความเรว ก. ลดลง ข. เพมขน ค. เทาเดม ง. ไมแนนอนขนกบส 5. รงสของแสงจะผานทะลแทงวตถโปรงใสไปโดยไมมการหกเหเมอใด

ก. แสงตกกระทบวตถในแนวตงฉากกบพนผว ข. แสงตกกระทบวตถในแนวทไมตงฉากกบพนผว

ค. แสงตกกระทบวตถในแนวขนานกบพนผว ง . แสงตกกระทบวตถในแนวทามม 45 องศากบพนผว 6. ขอความใดกลาวเกยวกบคา “ดชนหกเห”ไดไมถกตอง

ก. คอ คาจาเพาะของตวกลางใด ๆ ซงมผลตออตราเรวชองแสงทเดนทางผาน ข. เมอแสงเดนทางผานตวกลางทมคาดชนหกเหมากจะมความเรวลดลง ค. แสงเดนทางผานตวกลาง 2 ชนด ทมคาดชนหกเหตางกนแตอตราเรวของแสงจะคงท ง. คาดชนหกเหของแสงในเพชรมากกวาแกว เมอเปรยบเทยบกบอากาศเหมอนกน จากขอมลขางลางนใชตอบคาถามขอ 7 – 9

สาร คาดชนหกเหเมอเทยบกบสญญากาศ อากาศ 1.00029 นาแขง 1.300 นาท 20 องศาเซลเซยส 4/3 แกว 1.5

7. แสงเมอเดนทางผานตวกลางตางชนดกน ความเรวของแสงในตวกลางใดมากทสด ก. อากาศ ข. นาแขง ค. นาท 20 องศาเซลเซยส ง. แกว

178

8. เมอแสงผานตวกลางทมความหนาแนนไมเทากน จะเกดการหกเหของแสงโดยทคณสมบตขอใดของแสงไม เปลยนแปลง ก. ความเรว ข. ความถ ค. ความยาวคลน ง. เฟส 9. “มมวกฤต”( Critical-angle)คอ

ก. มมตกกระทบในตวกลางโปรงใสทมคาความหนาแนนมาก (คาดชนหกเหมาก)ไปสตวกลางทมความหนาแนนนอยกวา (คาดชนหกเหนอยกวา)ทาใหเกดมมหกเหมคา 90 องศาพอด

ข. มมตกกระทบในตวกลางโปรงใสทมคาความหนาแนนมาก (คาดชนหกเหนอย)ไปสตวกลางทมความหนาแนนนอยกวา (คาดชนหกเหมากกวา)ทาใหเกดมมหกเหมคา 90 องศาพอด

ค. มมตกกระทบในตวกลางโปรงใสทมคาความหนาแนนนอย (คาดชนหกเหนอย) ไปสตวกลางทมความหนาแนนมากกวา (คาดชนหกเหมากกวา) ทาใหเกดมมหกเหมคา 90 องศาพอด

ง. มมตกกระทบในตวกลางโปรงใสทมคาความหนาแนนนอย(คาดชนหกเหมาก)ไปสตวกลางทม ความหนาแนนมากกวา(คาดชนหกเหนอยกวา) ทาใหเกดมมหกเหมคา 90 องศาพอด

10. ถามองรวสงกะสทมชองเลกๆ เนองจากตะปหลดออกไป จะเหนแสงสวางเปนรวรอบๆ ชองนนเกดจากปรากฎการณใดของแสง

ก. การสะทอนแสง ข. การหกเห ค. การเลยวเบน ง. การแทรกสอด 11. แสงสใดหกเหนอยสดในแทงปรซม

ก. มวง ข. คราม ค. นาเงน ง. แดง

12. ขอใดเปนแสงสปฐมภม ก. แดง ขาว นาเงน ข. แดง เขยว เหลอง ค. แดง นาเงน เหลอง ง. แดง เขยว นาเงน

13. แสงสปฐมภมเมอฉายรวมกนในอตราสวนเทา ๆ กน จะไดแสงสอะไร ก. ดา ข. เทา ค. ขาว ง. ชมพ

14. เมอใหแสงอาทตยหกผานปรซมจะกระจายเปนแสง 7 ส แสงสใดทหกเหไปจากแนวเดมมากทสด ก. มวง ข. เขยว ค. แดง ง. จะหกเหจากแนวเดมเทากนทกส

15. เมอนาแสงสแดงผสมกบแสงสเขยวในอตราสวนทเทากนจะไดแสงสใด ก. ขาว ข. ดา ค. เหลอง ง. นาเงน

16. เรามองเหนกระดาษมสขาวเพราะ ก. กระดาษดดกลนแสงสทกแสงส ข. กระดาษสะทอนแสงสทกแสงส ค. กระดาษหกเหแสงสทกแสงส ง. กระดาษขาดเมดส

17. เราจะมองเหนกหลาบสแดงเปนสอะไร ถานาไปไวใตแสงสนาเงน ก. แดง ข. ขาว ค. ดา ง. มวง

179

18. การมองเหนสใดหมายถง ก. การทสนนสะทอนเขาตา สอน ๆ ถกดดกลนไวหมด ข. การผสมสเนองจากแสงสขาวกบสนน ๆ ค. การทรงสสะทอนจากสนน เกดการสะทอนกลบหมด ง. ปรากฏการณการสะทอนกลบหมดของสนน 19. แสงขาวเกดการหกเหแยกกระจายออกเปนแถบแสงสตาง ๆ ตอเนองกนเราเรยกวา ก. แถบสปฐมภม ข. แถบสทตยภม ค. แถบการแทรกสอด ง. แถบสเปกตรมของแสง 20. แสงสใดมความถสงทสด ก. สแดง ข. สมวง ค. สดา ง. สขาว 21. รงกนนาเกดจากอะไร

ก. การสะทอนของแสง ข. การหกเหของแสง ค. หยดนา ง. ถกทกขอ

22. เราสงเกตเหนทองฟาเปนสฟาหรอสนาเงนเขมสดใสอนเปนผลเนองจากขอใด ก.พระอาทตยทรงกลด ข. การกระเจงของแสง ค. การสะทอนกลบหมด ง. ปรากฏการณไฟเบอรออฟตก 23. แสงสใดการกระเจงไดดทสด ก. แดง ข. มวง ค. เหลอง ง. เขยว 24. มราจ (Mirage) เปนปรากฏการณทางแสงในธรรมชาต เกดจาก ก. การหกเหและการแทรกสอด ข. การสะทอนกลบหมดและการเลยวเบน ค. การสะทอนและการแทรกสอด ง. การสะทอนกลบหมดและการหกเห 25. แสงเลเซอรผานเสนใยนาแสง (Fiber Optics) ไดโดยใชหลกการใด ก. การสะทอนกลบหมด ข. การหกเห ค. การเลยวเบน ง. การกระเจง 26. จากคากลาวตอไปนขอใดถกตอง

ก. รงปฐมภม มการหกเห 1 ครง ข. รงปฐมภม แสงสแดงอยดานบน ค. รงทตยภม มแสงความยาวคลนนอย(แสงสแดง)อยดานลาง ง. รงทตยภม มการสะทอนกลบหมดภายในละอองนาถง 2 ครง

180

27. แสงอาทตยเกดการหกเห สะทอนกลบหมดและกระจายออกเปนแสงสตาง ๆ คลายแสงทผานปรซม เกดเปนละอองหมะหรอผลกนาแขงทเรยงตวกนเปน แนวโคง ในชนบรรยากาศ ทาใหมองเปนแสงขาวนวลและแถบสจาง ๆ รอบดวงอาทตยเราเรยกวา

ก. พระอาทตยทรงกลด ข. การกระเจงของแสง ค. การสะทอนกลบหมด ง. ปรากฏการณวกฤตทางแสง

28. กอนเมฆมสเทาและเปลยนใกลสดามากขนเปนเพราะ ก. การกระเจงของแสง ข. ไอนาดดกลนแสงไดทกส

ค. ไอนากระจายแสงไดทกส ง. ละอองนาขนาดใหญและหนาแนนมาก

29. ภาพลวงตาอยดานลางวตถจรง (Inferior mirage) เกดจากปรากฏการณใด ก. ปรากฏการณโพลาไรซ ข. การกระเจงของแสง ค. การสะทอนกลบหมด

ง. ปรากฏการณวกฤตทางแสง

เฉลย 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 ค ค ก ข ก ค ง ข ก ง ง ง ค ก ค ข ค ก ง ข 21 22 23 24 25 26 27 28 29 ง ข ข ง ก ง ก ง ค