- อาจารย์ให้ดูและสรุป VCD เรื่องความลับของแสง
แสง
| |
แสงคือ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic wave) ประเภทหนึ่ง ซึ่งอยู่ในช่วงความยาวคลื่นที่สายตามนุษย์มองเห็น หรือบางครั้งอาจรวมถึงการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงความยาวคลื่นตั้งแต่รังสีอินฟราเรด (Infrared) ถึงรังสีอัลตราไวโอเลต (Ultraviolet) ด้วย
ความถี่ของคลื่นแสงที่แตกต่างกันนั้นขึ้นอยู่กับความเร็วในการสั่นสะเทือน ถ้าหากคลื่นแสงยิ่งมีความสั่นสะเทือนมากก็จะยิ่งมีความถี่มากแต่ความยาวคลื่นก็จะยิ่งน้อย โดยแสงที่เรามองเห็นได้นั้นเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่ในระดับที่ดวงตาของมนุษย์สามารถมองเห็นได้ ซึ่งปกติแล้วแสงจะเคลื่อนที่ในสุญญากาศด้วยความเร็ว 299,792,458 เมตรต่อวินาที จำแนกวัตถุตามการส่องผ่านของแสง ได้ดังนี้
คุณสมบัติของแสง
แสงจะมีคุณสมบัติที่สำคัญ 4 ข้อ ได้แก่ การเดินทางเป็นเส้นตรง (Rectilinear propagation) , การหักเห (Refraction) , การสะท้อน (Reflection) และการกระจาย (Dispersion)
1. การเดินทางแสงเป็นเส้นตรง ในตัวกลางที่มีค่าดัชนีการหักเห (refractive index ; n) ของแสงเท่ากัน แสงจะเดินทางเป็นเส้นตรง  2. การสะท้อน การสะท้อนของแสงสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ลักษณะ คือ » การสะท้อนแบบปกติ (Regular reflection) จะเกิดขึ้นเมื่อแสงตกกระทบกับวัตถุที่มีผิวเรียบมันวาวดังรูปที่ 2.2  » การสะท้อนแบบกระจาย (Diffuse reflection) จะเกิดขึ้นเมื่อแสงตกกระทบวัตถุที่มีผิวขรุขระดังรูปที่ 2.3  โดยการสะท้อนของแสงไม่ว่าจะเป็นแบบใดก็ตามจะต้องเป็นไปตามกฎการสะท้อนของแสงที่ว่า "มุมสะท้อนเท่ากับมุมตกกระทบ" 3. การหักเห การหักเหของแสงจะเกิดขึ้นเมื่อแสงเดินทางผ่านตัวกลางที่มีค่าดัชนีการหักเหไม่เท่ากัน โดยลำแสงที่ตกกระทบจะต้องไม่ทำมุมฉากกับรอยต่อระหว่างตัวกลางทั้งสอง และมุมตกกระทบต้องมีค่าไม่เกินมุมวิกฤต (Critical angel ;  ) โดยการหักเหของแสงสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 กรณี คือ» n1 < n2 แสงจะหักเหเข้าหาเส้นปกติ  จากรูปที่ 2.5 ระยะเวลาที่แสงใช้ในการเดินทางในช่วง BC จะเท่ากับระยะเวลาที่แสงใช้ในการเดินทางในช่วง B'C' » n1 > n2 แสงจะหักเหออกจากเส้นปกติ  จากรูปที่ 2.6 จะเห็นว่าระยะทาง BC มีค่ามากกว่า B'C' เนื่องจากระยะทาง BC เป็นการเดินทางของแสงในตัวกลางที่มีค่าดัชนีการหักเหน้อยกว่า ดังนั้นในระยะเวลาเท่ากันแสงจะสามารถเดินทางได้มากกว่า » การสะท้อนกลับหมด (Total Internal Reflection) การเกิดการสะท้อนกลับหมดของแสงจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อค่าดัชนีการหักเหของตัวกลางที่ 1 มีค่ามากกว่าดัชนีการหักเหของตัวกลางที่ 2 (n1 > n2) และ  ซึ่งจะส่งผลให้  มีค่าเท่ากับ  หรือมากกว่าโดยเราสามารถหาค่า ได้จาก Snell's Law  จะเกิดการสะท้อนกลับหมดของแสงซึ่งจะได้  ดังนั้น    ในรูปที่ 2.8 แสดงตัวอย่างของการสะท้อนกลับหมดของแสง โดยการมองเครื่องบินที่อยู่ในอากาศจากใต้น้ำ ซึ่งจะสามารถมองเห็นเครื่องบินได้ก็ต่อเมื่อเรามองทำมุมกับผิวน้ำมากกว่า  ค่าดังกล่าวได้มาจากการคำนวณมุมวิกฤตดังนี้ จากสมการ แทนค่า n2=1 และ n1=1.33 จะได้   จึงจะสามารถมองเห็นเครื่องบินได้ ถ้าเรามองทำมุมกับเส้นปกติเท่ากับหรือมากกว่า จะทำให้เกิดการสะท้อนกลับหมดของแสงจึงไม่สามารถมองเห็นเครื่องบินได้ ซึ่งปรากฏการณ์การสะท้อนกลับหมดของแสงนี้จะทำให้แสงสามารถเดินทางไปในเส้นใยแสงได้4. การกระจาย ในการพิจารณาการเดินทางของแสงที่ผ่านๆ มา เราสมมติให้แสงที่เดินทางมีความยาวคลื่นเพียงความยาวคลื่นเดียวซึ่งเราเรียกแสงชนิดนี้ว่า "Monochromatic" แต่โดยธรรมชาติของแสงแล้วจะประกอบด้วยความยาวคลื่นหลายความยาวคลื่นผสมกัน ซึ่งเราเรียกว่า "Polychromatic" ดังแสดงในรูปที่ 2.9 จะเห็นว่าแสงสีขาวจะสามารถแยกออกเป็นแสงสีต่างๆ (ความยาวคลื่นต่างๆ) ได้ถึง 6 ความยาวคลื่นโดยใช้แท่งแก้วปริซึม ซึ่งกระบวนการที่เกิดการแยกแสงออกแสงออกมานี้ เราเรียกว่า "การกระจาย (Dispersion)" นอกจากคุณสมบัติดังกล่าวทั้ง 4 ข้อแล้ว แสงยังมีคุณสมบัติอื่นๆ อีกคือ 1. แสงจัดเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic wave) ชนิดหนึ่ง 2. คลื่นแสงเป็นคลื่นมี่มีการเปลี่ยนแปลงตามขวาง (Transverse wave) ซึ่งทั้ง 2 กรณีนี้ ทำให้เราสามารถสรุปได้ว่าคลื่นแสงเป็นคลื่น TEM โดยลักษณะการเดินทางของแสงแสดงในรูปที่ 2.10  | |
|
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น