288

เรองท 4 แสง 3.7 แสง และคณสมบตของแสง

แสงสวนใหญทเราไดรบมาจากดวงอาทตย เปนแหลง ก าเนดแสงทเกดขนเองตามธรรมชาต สวนแสงจาก ดวงจนทรทเราเหนในเวลาค าคน เปนแสงจากดวง อาทตยตกกระทบผวดวงจนทร แลวสะทอนมายงโลก นอกจากแหลงก าเนดแสงในธรรมชาตแลว ยงมแหลงก าเนดแสงทมนษยสรางขน เชน หลอดไฟ ตะเกยง เทยนไข เปนตน แสงมประโยชนและเปนสงจ าเปนตอสงมชวต

เมอจดเทยนไขในหองมด เราจะเหนเปลวเทยนไขสวาง เนองจากแสงจากเปลว เทยนไขมาเขาตา สวนสงของอนๆ ในหองทเราเหนได เปนเพราะแสงจากเปลว เทยนไขไปตกกระทบสงของนนๆ แลวสะทอนมาเขาตา แสงทเคลอนทมาเขาตาหรอเคลอนทไปบรเวณใดๆ กตามจะเคลอนทในแนวเสนตรง เชน ถาใหแสงผานร บนกระดาษแขง ๓ แผน ถาชองของรบนกระดาษแขงไมอยบนแนวเดยวกน จะมองไมเหนเปลวเทยนและ หลงจากปรบแนวชองทงสามใหอยในแนวเดยวกนแลว สงเกตไดวาถารอยเชอก และดงเชอกเปนเสนตรงเดยวกนได จะมองเหนเปลวเทยนไข แสดงวา "แสงเคลอนท เปนเสนตรง"เราสามารถเขยนเสนตรงแทนล าแสงนได และเรยกเสนตรงนวา รงสของแสง การเขยนเสนตรงแทนรงสของแสงน ใชเสนตรงทมหวลกศรก ากบเสนตรงนน โดยเสนตรงแสดงล าแสงเลกๆ และหวลกศรแสดงทศการเคลอนท กลาวคอ หวลกศรชไปทางใด แสดงวาแสงเคลอนทไปทางนน

การมองเหนวตถใดๆ ตองมแสงจากวตถมาเขาตา ซงแบงไดเปน 2 กรณคอ 1. เมอวตถนนมแสงสวางในตวเอง จะมแสงสวางจากวตถเขาตาโดยตรง 2. วตถนนไมมแสงสวางในตวเอง ตองมแสงจากแหลงก าเนดแสงอนกระทบวตถนน แลว

สะทอนเขาตาเมอแสงเคลอนทไปกระทบวตถตางๆ วตถบางชนดแสงผานไปได แตวตถบางชนดแสงผานไปไมได เราอาจแบงวตถตามปรมาณแสงและลกษณะทแสงผานวตถได 3 ประเภทดงน

1. วตถโปรงใส หมายถงวตถทแสงผานไดหมดหรอเกอบหมดอยางเปนระเบยบ เราจงสามารถมองผานวตถโปรงใส และมองเหนวตถทอยอกขางหนงไดอยางชดเจน วตถโปรงใสมหลายชนด เชน อากาศ กระจกใส แกวใสน า และแผนพลาสตกใส เปนตน

289

2. วตถโปรงแสง หมายถง วตถทแสงผานไดอยางไมเปนระเบยบ เมอเรามองผานวตถโปรงแสง จงเหนวตถอกดานหนงไมชดเจน เชน กระดาษชบน ามน กระจกฝา กระดาษไขหรอกระดาษลอกลาย และหมอก เปนตน

3. วตถทบแสง หมายถง วตถทแสงผานไปไมได เชนผา แผนไม แผนอะลมเนยม แผนสงกะส กระดาษหนา เหลก และทองแดง เปนตน ดงทไดเรยนมาแลวแสง เปนคลนแมเหลกไฟฟา สามารถเคลอนทไดโดยไมตองอาศยตวกลาง และมการเคลอนทแนวเสนตรงในตวกลางชนดอน ๆ จะเคลอนทผานตวกลางแตละชนดดวยความเรวไมเทากน ตวกลางใดมความหนาแนนมากแสงจะเคลอนทผานตวกลางนนดวยความเรวนอย ถาแสงเคลอนทผานไมไดกเปนเพราะวตถมการดดกลน สะทอนแสง หรอการแทรกสอดของแสง นนคอ คณสมบตของแสงทจะกลาวในหนวยน คณสมบตของแสง

คณสมบตตางๆ ของแสงแตละคณสมบตนน เราสามารถน าหลกการมาใชประโยชนไดหลายอยาง เชน คณสมบตของการสะทอนแสงของวตถ เราน ามาใชในการออกแบบแผนสะทอนแสงของโคมไฟ การหกเหของแสงน า มาออกแบบแผนปดหนาโคมไฟ ซงเปนกระจก หรอพลาสตกเพอบงคบทศทางของแสงไฟ ทออกจากโคมไปในทศทตองการ การกระจายตวของล าแสงเมอกระทบตวกลางเราน ามาใชประโยชน เชนใชแผนพลาสตกใสปดดวงโคมเพอลดความจาจากหลอดไฟ ตาง ๆ การดดกลนแสง เราน ามาท า เตาอบพลงงานแสงอาทตยเครองตมพลงงานแสง และการแทรกสอดของแสง น ามาใชประโยชนในกลองถายรป เครองฉายภาพตาง ๆ จะเหนวาคณสมบตแสงดงกลาวกไดน ามาใชในชวตประจ าวนของมนษยเราทงนน การสะทอนแสง(Reflection)

การสะทอนแสง หมายถง การทแสงไปกระทบกบตวกลางแลวสะทอนไปในทศทางอนหรอสะทอนกลบมาทศทางเดมการสะทอนของแสงนนขนอยกบพนผวของวตถดวยวาเรยบหรอหยาบโดยทวไปพนผวทเรยบและมนจะท าใหมมของแสงทตกกระทบมคาเทากบมมสะทอนต าแหนงทแสงตกกระทบกบแสงสะทอนบนพนผวจะเปนต าแหนงเดยวกนดงรป ก. ลกษณะของวตถดงกลาว เชน อลมเนยมขดเงาเหลกชบโครเมยม ทอง เงนและกระจกเงาเปนตน แตถาหากวตถมผวหยาบ แสงสะทอนกจะมลกษณะกระจายกนดงรป ข. เชน ผนงฉาบปนกระดาษขาว โดยทวไปวตถสวนใหญจะเปนแบบผสมขนอยกบผวนนมความมนหรอหยาบมากกวา จะเหนการสะทอนแสงไดจากรป ก. และรป ข.

290

รป ก.การสะทอนแสงบนวตถผวเรยบ รป ข. การสะทอนแสงผวขรขระ

กฎการสะทอนแสง 1. รงสตกกระทบ เสนปกตและรงสสะทอนยอมอยบนพนระนาบเดยวกน 2. มมในการตกกระทบยอมโตเทากบมมสะทอน การหกเหของแสง (Refraction) การหกเห หมายถง การทแสงเคลอนทผานตวกลางหนงไปยงอกตวกลางหนงท าใหแนวล าแสงเกดการเบยงเบนไปจากแนวเดม เชน แสงผานจากอากาศไปยงน า ดงแสดงในรป

รปแสดงลกษณะการเกดหกเหของแสง

สงทควรทราบเกยวกบการหกเหของแสง - ความถของแสงยงคงเทาเดม สวนความยาวคลน และความเรวของแสงจะไมเทาเดม - ทศทางการเคลอนทของแสงจะอยในแนวเดมถาแสงตกตงฉากกบผวรอยตอของตวกลางจะไมอยใน แนวเดม ถาแสงไมตกตงฉากกบผวรอยตอของตวกลาง ตวอยางการใชประโยชนของการหกเหของแสง เชน แผนปดหนาโคมไฟ ซงเปนกระจกหรอพลาสตก เพอบงคบทศทางของแสงไฟทออกจากโคมไปในทศทางทตองการ จะเหนวาแสงจาก

291

หลอดไฟจะกระจายไปยงทกทศทางรอบหลอดไฟแตเมอผานแผนปดหนาโคมไฟแลว แสงจะมทศทางเดยวกน เชนไฟหนารถยนต รถมอเตอรไซด ดงรป

แสงทผานโคมไฟฟาหนารถยนตมทศทางเดยวกน

การกระจายแสง (Diffusion)

การกระจายแสง หมายถง แสงขาวซงประกอบดวยแสงหลายความถตกกระทบปรซมแลวท าใหเกดการหกเหของแสง 2 ครง (ทผวรอยตอของปรซม ทงขาเขา และขาออก) ท าใหแสงสตาง ๆ แยกออกจากกนอยางเปนระเบยบเรยงตามความยาวคลนและความถ ทเราเรยกวา สเปกตรม (Spectrum) รงกนน า เปนการกระจายของแสง เกดจากแสงขาวหกเหผานผวของละอองน า ท าใหแสงสตาง ๆ กระจายออกจากกนแลวเกดการสะทอนกลบหมดทผวดานหลงของละอองน าแลวหกเหออกสอากาศ ท าใหแสงขาวกระจายออกเปนแสงสตาง ๆ กน แสงจะกระจายตวออกเมอกระทบถกผวของตวกลาง เราใชประโยชนจากการกระจายตวของล าแสง เมอกระทบตวกลางน เชน ใชแผนพลาสตกใสปดดวงโคมเพอลดความจาจากหลอดไฟหรอ โคมไฟชนดปดแบบตาง ๆ

292

ภาพรงกนน า

การทะลผาน (Transmission) การทะลผาน หมายถงการทแสงพงชนตวกลางแลวทะลผานมนออกไปอกดานหนง โดยทความถไมเปลยนแปลงวตถทมคณสมบตการทะลผานได เชน กระจก ผลกครสตล พลาสตกใส น าและของเหลวตาง ๆ การดดกลน (Absorption) การดดกลน หมายถง การทแสงถกดดกลนหายเขาไปในตวกลางทวไปเมอมพลงงานแสงถกดดกลนหายเขาไปในวตถใด ๆเชน เตาอบพลงงานแสงอาทตย เครองตมน าพลงงานแสง และยงน าคณสมบตของการดดกลนแสงมาใชในชวตประจ าวน เชน การเลอกสวมใสเสอผาสขาวจะดดแสงนอยกวาสด า จะเหนไดวาเวลาใสเสอผาสด า อยกลางแดดจะท าใหรอนมากกวาสขาว การแทรกสอด (Interference) การแทรกสอด หมายถง การทแนวแสงจ านวน 2 เสนรวมตวกนในทศทางเดยวกน หรอหกลางกน หากเปนการรวมกน ของแสงทมทศทางเดยวกน กจะท าใหแสงมความสวางมากขน แตในทางตรงกนขามถาหกลางกน แสงกจะสวางนอยลด การใชประโยชนจากการสอดแทรกของแสง เชน กลองถายรปเครองฉายภาพตาง ๆ และการลดแสงจากการสะทอน สวนในงานการสองสวาง จะใชในการสะทอนจากแผนสะทอนแสง 3.8 เลนส การเกดภาพจากกระจกเงาและเลนส กระจกเงาราบ คอ กระจกแบนราบ ซงมดานหนงสะทอนแสง ดงนนภาพทเกดขนจงเปนภาพเสมอน อยหลงกระจก มระยะภาพเทากบระยะวตถ และขนาดภาพเทากบขนาดวตถ ภาพทไดจะกลบดานกนจากขวาเปนซายของวตถจรง

293

รปแสดงการเกดภาพจากกระจกเงาราบ การหาจ านวนภาพทเกดจากกระจกเงาราบ 2 บาน วางท ามมกน หาไดจากสตร

ก าหนดให n = จ านวนภาพทมองเหน = มมทกระจกเงาราบ 2 บานวางท ามมตอกน ถาผลลพธ n ทไดไมลงตว ใหปดเศษขนเปนหนงได ตวอยางท 1 กระจกเงาราบ 2 บาน วางน ามม 60 องศาตอกน จงหาจ านวนภาพทเกดขน วธคด จากสตร

= 5 = 5 ภาพ จ านวนภาพทเกดจากกระจกเงาราบ 2 บานวางท ามมตอกนเทากบ 5 ภาพ ตอบ

กระจกเงาผวโคงทรงกลม กระจกเงาผวโคงทรงกลม มอย 2 ชนด คอ กระจกเวาและกระจกนน 1. กระจกเวา คอ กระจกทใชผวโคงเวาเปนผวสะทอนแสง หรอกระจกเงาทรงสตกกระทบและรงสสะทอนอยดานเดยวกบจดศนยกลางความโคง ดงรป

294

รปแสดงรงสตกกระทบและรงสสะทอนของกระจกเวา

2. กระจกนน คอ กระจกทใชผวโคงนนเปนผวสะทอนแสง และรงสสะทอนอยคนละดานกบ

จดศนยกลางความโคง ดงรป

รปแสดงรงสตกกระทบและรงสสะทอนของกระจกนน

ภาพทเกดจากการวางวตถไวหนากระจกโคงนนตามปกตมทงภาพจรงและภาพเสมอน โดย

ภาพจรงจะอยหนากระจก และภาพเสมอนจะอยหลงกระจก โดยกระจกเวาจะใหท งภาพจรงและภาพเสมอน ส าหรบขนาดของภาพมทงขนาดใหญกวาวตถ ขนาดเทาวตถ และขนาดเลกกวาวตถ ทงนขนอยกบระยะวตถ สวนกระจกนนจะใหภาพเสมอนทมขนาดเลกกวาวตถทงสน หมายเหต ภาพ (image) เกดจากการตดกนหรอเสมอนตดกนของรงสของแสงทสะทอนมาจากกระจกหรอหกเหผานเลนส แบงไดเปน 2 ประเภท คอ 1. ภาพจรง เกดจากรงสของแสงตดกนจรง เกดดานหนากระจกหรอดานหลงเลนส ตองมฉากมารบจงจะมองเหนภาพ ลกษณะภาพหวกลบกบวตถ มทงขนาดใหญกวาวตถ เทากบวตถ และเลกกวาวตถ ซงขนาดภาพจะสมพนธกบระยะวตถ เชน ภาพทปรากฏบนจอภาพยนตร เปนตน 2. ภาพเสมอน เกดจากรงสของแสงเสมอนตดกน ท าใหเกดภาพดานหลงกระจกหรอดานหนาเลนส มองเหนภาพไดโดยไมตองใชฉากรบภาพ ภาพมลกษณะหวตงเหมอนวตถ เชน ภาพเกดจากแวนขยาย เปนตน

295

ตารางแสดงตวอยางประโยชนของกระจกเวาและกระจกนน กระจกเวา กระจกนน 1. ทนตแพทยใชสองดฟนผปวย เพอใหเหนภาพของฟนมขนาดใหญกวาปกต 2. ใชในกลองจลทรรศนเพอชวยรวมแสงใหตกทแผนสไลด เพอท าใหเราเหนภาพชดขน

1. ใชตดรถยนตหรอรถจกรยานยนตเพอดรถทตามมาขางหลง และจะมองเหนมมทกวางกวากระจกเงาราบ 2. ใชตดตงบรเวณทางเลยวเพอชวยใหเหนรถทวงสวนทางหรอออมมากได

เลนส เลนส (lens) คอ วตถโปรงใสทมผวหนาโคงท าจากแกวหรอพลาสตก เลนสแบงออกเปน 2 ชนด ไดแก เลนสนนและเลนสเวา เลนสนน เลนสนน (convex lens) คอ เลนสทมลกษณะหนาตรงกลางและบางทขอบ ดงรป

รปแสดงลกษณะเลนสนน

รปแสดงสวนส าคญและรงสบางรงสของเลนส

296

เลนสนนท าหนาทรวมแสงขนานไปตดกนทจดๆ หนง ซงแนวหรอทศทางของแสงทเขามายงเลนสสามารถเขยนแทนดวยรงสของแสง ถาแสงมาจากระยะไกลมากเรยกระยะนวา " ระยะอนนต"เชน แสงจากดวงอาทตยหรอดวงดาวตางๆ แสงจะสองมาเปนรงสขนาน เมอรงสของแสงผานเลนสจะมการหกเหและไปรวมกนทจดๆ หนงเรยกวา "จดโฟกส (F)" ระยะจากจดโฟกสถงกงกลางเลนส เรยกวา "ความยาวโฟกส (f)" และเสนตรงทลากผานจดศนยกลางความโคงของผวทงสองของเลนสเรยกวา " แกนมขส าคญ (principal axis)" ภาพทเกดจากเลนสนน ภาพจากเลนสนนเปนภาพทเกดจากรงสหกเหไปพบกนทจดๆ หนง ซงมทงภาพจรงและภาพเสมอนขนอยกบต าแหนงวตถทวางหนาเลนส ดงรป

รปแสดงตวอยางภาพจรงและภาพเสมอนทเกดจากเลนสนน

(ก) การเกดภาพเมอวตถอยหางเลนสนนระยะไกลกวาความยาวโฟกส

(ข) การเกดภาพเมอวตถอยหางจากเลนสนนทระยะใกลกวาความยาวโฟกส รปแสดงตวอยางการเกดภาพทต าแหนงตางๆ ของเลนสนน

297

เลนสเวา เลนสเวา (concave lens) คอ เลนสทมลกษณะบางตรงกลางและหนาทขอบ ดงรป

รปแสดงลกษณะเลนสเวาภาพทเกดจากเลนสเวา เมอแสงสองผานเลนสเวารงสหกเหของแสงจะกระจายออก ดงรป

รปแสดงภาพทเกดจากเลนสเวาเมอวางวตถทระยะตางๆ การหาชนดและต าแหนงของภาพจากวธการค านวณ การหาต าแหนงภาพทผานมาใชวธเขยนแผนภาพของรงส ยงมอกวธทใชหาต าแหนงภาพคอ วธค านวณ ซงสตรทใชในการค านวณมดงตอไปน

สตร =

298

เมอ m คอ ก าลงขยายของเลนส I คอ ขนาดหรอความสงของภาพ O คอ ขนาดหรอความสงของวตถ ในการค านวณหาต าแหนงและชนดของภาพจะตองมการก าหนดเครองหมาย 1 และ 2 ส าหรบปรมาณตางๆ ในสมการดงน 1. s มเครองหมาย + ถาวตถอยหนาเลนส และ s มเครองหมาย - ถาวตถอยหลงเลนส 2. s' มเครองหมาย + ถาวตถอยหลงเลนส และ s' มเครองหมาย - ถาวตถอยหนาเลนส 3. f ของเลนสนนมเครองหมาย + และ f ของเลนสเวามเครองหมาย – ตวอยางท 2 วางวตถหางจากเลนสนนเปนระยะ 12 เซนตเมตร ถาเลนสนนมความยาวโฟกส 5 เซนตเมตร จะเกดภาพชนดใด และทต าแหนงใด

299

3.9 ประโยชน และโทษของแสง

ประโยชนของแสง แสงเปนพลงงานรปหนงซงไมตองการทอย ไมมน าหนก แตสามารถท างานได ในแสงอาทตย

มคลนรงสหลายชนดตามทไดกลาวมาแลวในตอนตน ประโยชนทเราไดรบจากแสงอาทตยมอย 2 สวนคอ ความรอน และแสงสวาง ในชวตประจ าวน เราไดรบประโยชนจากความรอน และแสงสวางของดวงอาทตยตลอดเวลา แสงอาทตยท าใหโลกสวาง เราสามารถท ากจกรรมตางๆ ไดอยางสะดวก อาชพหลายอาชพตองใชความรอนของแสงอาทตยโดยตรง แมตอนทดวงอาทตยตกดน เรากยงไดรบความอบอนจากแสงอาทตยทพนโลกดดซบไว ท าใหเราไมหนาวตาย ประโยชนของแสงสามารถแบงไดเปน 2 ทาง คอ ประโยชนทางตรง และประโยชนทางออม

แสงแดดชวยท าใหผาทตากแหงเรว การท านาเกลอ

1. ประโยชนจากแสงทางตรง เชน การท านาเกลอ การท าอาหารตากแหง การตากผา การฆาเชอโรคในน าดม ตองอาศยความรอนจากแสงอาทตย การแสดงหนงตะลง และภาพยนตร ตองใชแสงเพอท าใหเกดเงาบนจอ การมองเหนกถอเปนการใชประโยชนจากแสงทางตรง

2. ประโยชนจากแสงทางออม เชน ท าใหเกดวฏจกรของน า (การเกดฝน) พชและสตวทเรารบประทาน กไดรบการถายทอดพลงงานมาจากแสงอาทตย

โทษของ แสง 1. ถาเรามองดแสงทมความเขมมากเกนไปอาจเกดอนตรายกบดวงตาได 2. เมอแสงทมความเขมสง โดนผวหนงเปนเวลานาน ๆจะท าใหผวหนงไหมและอาจเปน

มะเรงผวหนงได 3. เมอแสงจากดวงอาทตยสองลงมาบนโลกมากเกนไป ท าใหเกดภาวะโลกรอน และเปน

อนตรายแกสงมชวตได