Transcript ทัศนศาสตร์

ทัศนศาสตร์
Optics
ทัศนศาสตร์ (Optics)

ศึกษาปรากฏการณ์ต่าง ๆ ที่น่าสนใจเกี่ยวกับแสง

ทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิ ต(Geometric Optics)



การสะท้อน
การหักเห
ทัศนศาสตร์เชิงกายภาพ(Physical Optics)


การแทรกสอด
การเลี้ยวเบน
ธรรมชาติของแสง

แสงเป็ นคลืน
่ แม่เหล็กไฟฟ้ ามี
ความถีใ่ นชว่ งทีต
่ ามองเห็นได ้
(ความยาวคลืน
่ 400 – 700
nm)
ธรรมชาติของแสง


แสงเป็ นคลืน
่ แม่เหล็กไฟฟ้ ามีความถีใ่ นชว่ งทีต
่ ามองเห็นได ้
(ความยาวคลืน
่ 400 – 700 nm)
แสงมีอต
ั ราเร็วสูงมาก ประมาณ 3.00 × 108 m/s

Fizeau’s Method
ตัวอย่ าง

Fizeau’s Method
ธรรมชาติของแสง

ฮอยเกนส์ อธิบายการเดินทางของแสงในลักษณะที่เป็ นคลื่น

หลักของฮอยเกนส์(Huygens ‘ principle) : ทุก ๆ จุดบนหน้าคลื่นจะทาหน้าที่เป็ น
แหล่งกาเนิดของคลื่นใหม่ซ่ ึ งคลื่นทรงกลมที่เกิดขึ้นใหม่จะกระจายออกไปในทุกทิศทางด้วยอัตราเร็ วที่
เท่ากัน และหน้าคลื่นใหม่จะเป็ นผิวที่อยูใ่ นแนวสัมผัสกับหน้าคลื่นทรงกลมที่เกิดขึ้น คลื่นที่เกิดขึ้น
ใหม่น้ ีเรี ยกว่า Secondary wave (Huygens’ wavelets)
แบบจาลองของรังสี

ถ้าเราพิจารณาหน้าคลื่นที่อธิบายในแบบของฮอยเกนส์ จะไม่สะดวก และถ้า
ต้องการบอกถึงทิศทางของการไหลของพลังงาน


ใช้เส้นตรงแทนซึ่งก็คือรังสี (ray)
รังสี ของแสงจะตั้งฉากกับหน้าคลื่น


รังสี ของแสงที่ขนานกันบอกถึงหน้าคลื่นระนาบ
รังสี ที่กระจายออกบอกถึงหน้าคลื่นที่กาลังแผ่ออก
การสะท้ อน

จากรู ป แสดงแผนภาพรังสี อย่างง่ายของกฎการสะท้อน




รังสี ที่พงุ่ เข้ารกระจกเรี ยกว่า รังสี ตกกระทบ
มีมุมตกกระทบ(angle of incidence)
เส้นแนวฉาก(normal line)
กระจกทาให้เกิดรังสี สะท้อน
มีมุมสะท้อน(angle of reflection)
ซึ่งเป็ นมุมที่รังสี ตกระทบทากับ
พิสูจน์โดยใช้หลักของฮอยเกนส์
(serway หน้า 1108)
กฎการสะท้ อน กล่าวว่า : มุมสะท้อนเท่ากับมุมตกกระทบ โดย
ที่รังสี ตกกระทบ รังสี สะท้อนและเส้นแนวฉากอยูใ่ นระนาบ
เดียวกัน
การหักเหและดรรชนีหักเห


ปรากฏการณ์ที่เมื่อแสงมีการเปลี่ยนตัวกลาง (เช่น เดินทางจากน้ าสู่อากาศ หรื อจาก
อากาศสู่แก้ว) แล้วมีการเบี่ยงเบนไปจากแนวเดิม เรี ยกว่า การหักเห(refraction)
เราจะสนใจการหักเหเมื่อแสงมีการเคลื่อนที่จากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลางหนึ่ง และ
นิยมใช้แบบจาลองรังสี (ray model) เพื่ออธิบายการหักเห

โดยการที่แสงจะหักเหมากหรื อน้อยนั้นขึ้นกับสมบัติประการหนึ่งของแสงและตัวกลาง ซึ่ งก็คือ
ดรรชนีหกั เหของแสง(Index of refraction)
 พิจารณาว่าแสงเป็ นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ าที่สามารถเคลื่อนที่ในสุ ญญากาศได้
 แต่เมื่อเดินทางในตัวกลางเช่น อากาศ น้ า หรื อ สสารอื่น ๆ


จะมีการดูดกลืนแสงและปล่อยแสงออกมาใหม่
ทาให้ทาให้แสง(คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ า)มีอตั ราเร็วที่แตกต่างไปจากอัตราเร็วของแสงในสุ ญญากาศ(c) ได้
การหักเหและดรรชนีหักเห

อัตราส่ วนระหว่างอัตราเร็ วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ าในสุ ญญากาศต่ออัตราเร็ ว
ของคลื่นในตัวกลาง จะเรี ยกว่า ดรรชนีหกั (index of refraction)


C คือ อัตราเร็ วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ าในสุ ญญากาศ
V คือ อัตราเร็ วของคลื่นในตัวกลาง
การหักเหและดรรชนีหักเห

ตัวอย่างดรรชนีหกั ในตัวกลางต่าง ๆ
การหักเหและดรรชนีหักเห

ข้อสังเกตจากตารางดรรชนีหกั เห




ดรรชนีหกั เหของแสงในอากาศมีค่าใกล้เคียงกับดรรชนีหกั เหของแสงในสุ ญญากาศ
เรามักจะประมาณดรรชนีหกั เหของแสงในอากาศมีค่าเท่ากับ 1(เหมือนเป็ น
สุ ญญากาศ)
ดรรชนีหกั เหของแสงในสารต่าง ๆ จะขึ้นกับอุณหภูมิ และโดยทัว่ ไปแล้ว ดรรชนีหกั
เหของแสงจะมีค่าน้อยลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น
ดรรชนีหกั เหของแสงในตัวกลางที่เป็ นก๊าซจะขึ้นกับความดันของก๊าซด้วย
ดรรชนีหกั ของแสงในตัวกลางต่าง ๆ มักจะขึ้นกับความหนาแน่นของตัวกลางนั้น
โดยสสารที่มีความหนาแน่นสูงมักจะมีดรรชนีหกั เหสูงด้วย
การหักเหและดรรชนีหักเห

ดรรชนีหกั เหของแสงสาหรับ
ตัวกลางหนึ่ง ๆ นั้นไม่ได้เป็ นค่าคง
ตัว แต่จะขึ้นกับความยาวคลื่นด้วย

เช่น Crown glass ดรรชนีหกั
เหของแสงของแก้วที่ความยาวคลื่น
400 nm จะเป็ น 1.53 ในขณะที่
ดรรชนีหกั เหของแก้วเดียวกันที่ความ
ยาวคลื่นเป็ น 650 nm จะเป็ น 1.51
การหักเหและดรรชนีหักเห

พิจารณารังสี ของแสงตกกระทบรอยต่อของตัวกลางโปร่ งใสสองชนิด(จาก
อากาศไปสู่ แก้ว)
การหักเหและดรรชนีหักเห

พิจารณาแผนภาพรังสี แสดงการหักเห และ
การสะท้อนของแสงเมื่อมีการเปลี่ยนตัวกลาง

จะพบว่าเกิดรังสี ของแสงขึ้นสองส่ อน




รังสี ส่วนที่สะท้อนกลับในตัวกลางเดิมเรี ยกว่า
รังสี สะท้ อน(Refracted ray)
รังสี่ ส่วนที่เข้าไปในตัวกลางใหม่(แก้ว)ซึ่ งเรี ยกว่า
รังสี หักเห(Refracted ray)
จากการทดลองพบว่ารังสี หกั เหในแก้วจะเบนเข้า
หาเส้นแนวฉาก
มุมระหว่างรังสี หกั เหกับเส้นแนวฉากเรี ยกว่า
มุมหักเห(angle of refraction)
การหักเหและดรรชนีหักเห

จากการศึกษาพบว่า อัตราส่ วนระหว่างค่า
sin ของมุมตกกระทบ กับค่า sin ของ
มุมหักเหมีค่าคงตัว

และสัมพันธ์กบั ดรรชนีหกั เหของแสงใน
ตัวกลาง ตามกฎของสเนลล์ (Snell’
s law)
Serway:
หน้า 1109
คลื่นเคลื่อนที่จากตัวกลาง 1
ไปตัวกลาง 2 ความยาวคลื่น
เปลี่ยนแต่ความถี่ยงั คงที่
การหักเหและดรรชนีหักเห

หมายเหตุ



การเขียน
นั้นทาให้เราเรี ยก ว่า เป็ นดรรชนีหกั เหของแสงใน
ตัวกลางที่ 2 เทียบกับตัวกลางที่ 1
ถ้า และ มีค่าต่างกันมากทาให้ มีค่าต่างจากหนึ่งมาก ๆ ก็จะทาให้มุม
และ มีค่าต่างกันมาก
นัน่ คือถ้าตัวกลางทั้งสองมีค่าดรรชนีหกั ของแสงต่างกันมากจะทาให้แสงมีการ
เบนจากจากแนวเดิมมากด้วย
การหักเหและดรรชนีหักเห

พิจารณา เมื่อแสงเดินทางจาก
ตัวกลางที่มีดรรชนีหักเหของ
แสงน้ อยไปมาก(เช่น จากอากาศ
ไปแก้ว) จะทาให้มุมหักเหมีค่า
น้อยกว่ามุมตกกระทบ นัน่ คือ
รังสี หกั เหจะเบนเข้าหาเส้นแนว
ฉากดังภาพ
การหักเหและดรรชนีหักเห

พิจารณา ถ้าแสงเดินทางจาก
ตัวกลางที่มีค่าดรรชนีหักเหของ
สูงไปยังตัวกลางทีม่ ีดรรชนีหัก
เหของแสงต่า จะทาให้แสงเบน
ออกจากเส้นแนวฉาก
การหักเหและดรรชนีหักเห

ข้ อสั งเกตเกีย่ วกับการตกกระทบเมื่อมุมตก
กระทบเป็ นศูนย์ (ตกตั้งฉาก)
ไม่ ถือว่ าเป็ นการหักเหแม้ ว่ามีการเปลี่ยนตัว
กลางเพราะคลืน่ ยังคงมีทิศทางเดิม
 ตามกฎของสเนลล์
ซึ่งในกรณีที่แสงตกตั้งฉากกับผิวรอยต่ อ (
0 ) จะได้ ว่า
0 นั่นคือ แสงยังอยู่ใน
แนวเดิม พูดเป็ นภาษาชาวบ้ านว่ าไม่ มีการ
หักเหเกิดขึน้ แม้ ว่าอัตราเร็วของคลื่นแสง
เปลีย่ นไป

ปรากฏการณ์ บางอย่ างทีเ่ กีย่ วข้ องกับการหักเห

การสะท้ อนกลับหมด


เมื่อแสงเดินทางจากตัวกลางที่มีดรรชนีหกั
เหมากไปยังตัวกลางที่มีดรรชนีหกั เหน้อย
จะทาให้รังสี เบนออกจากเส้นแนวฉาก
ถ้าเราเพิ่มมุมตกกระทบขึ้นเรื่ อย ๆ มุมหักเห
ก็จะโตขึ้น
ปรากฏการณ์ บางอย่ างทีเ่ กีย่ วข้ องกับการหักเห

การสะท้ อนกลับหมด

ถ้ามุมตกกระทบโตกว่ามุมวิกฤตทาให้ไม่มี
รังสี หกั เห มีแต่รังสี สะท้อนเท่านั้น ซึ่ง
เรี ยกว่าการสะท้อนกลับหมด การสะท้ อน
ภายในกลับหมด (total internal
reflection) หรื อเรี ยกสั้น ๆ ว่า
สะท้ อนกลับหมด คือการสะท้อนแสง
ทั้งหมดกลับไปในตัวกลางเดิม
ปรากฏการณ์ บางอย่ างทีเ่ กีย่ วข้ องกับการหักเห

Optical Fibers

การสะท้ อนกลับหมด
ปรากฏการณ์ บางอย่ างทีเ่ กีย่ วข้ องกับการหักเห

การกระจายแสง
(dispersion) และปริซึม

เมื่อแสงขาวผ่ านปริซึม(แสงสี ทุกสี ตก
กระทบปริซึมด้ วยมุมตกกระทบ
เท่ ากัน) แสงแต่ ละสี จะมีดรรชนีหักเห
ไม่ เท่ ากัน ทาให้ แสงที่มีความยาวคลืน่
สั้ นหักเหมากกว่ าแสงที่มีความยาวคลื่น
ยาว สี ต่าง ๆ จึงแยกออกจากกัน
ปรากฏการณ์ บางอย่ างทีเ่ กีย่ วข้ องกับการหักเห

การกระจายแสง และปริซึม


เมื่อแสง สีแดง เดินทางเข้ าสู่ ปริซึม แสงสี
แดงที่มีดรรชนีหักเหน้ อยที่สุดจะมีการ
เบี่ยงเบนน้ อยที่สุด
แสง สีม่วง จะเบี่ยงเบนมากที่สุด
มุมเบีย่ งเบน
ปรากฏการณ์ บางอย่ างทีเ่ กีย่ วข้ องกับการหักเห

การกระจายแสง และปริซึม




รุ้งเป็ นตัวอย่ างที่สวยงามของการกระจายแสง
หยดน้าในอากาศทาหน้ าที่คล้ ายปริซึมโดยจะ
แยกแสงอาทิตย์ ออกเป็ นสเปกตรัม
เมื่อแสงอาทิตย์ เข้ าสู่ หยดน้าแสงจะเดินทางช้ า
ลงและหักเห สะท้ อนจากผิวด้ านในของหยด
น้า แล้ วจึงเกิดการหักเหอีกครั้งหนึ่งตอนออก
จากหยดน้า
และเดินทางออกมาอีกด้ านหนึ่งของหยดน้า
จนมาเข้ าตาเราให้ เห็นเป็ นรุ้ง
ภาพและการมองเห็น

การมองเห็น



วัตถุอยู่ที่ตาแหน่ ง C และมีแสงส่ อง
วัตถุทาให้ แสงออกจากวัตถุมาเข้ าตาเรา
โดยอาจจะแทนแสงที่ออกจากวัตถุด้วย
รังสี สามเส้ น(ความจริงมีกเี่ ส้ นก็ได้ )
รังสี ท้งั สามบานออก ถ้ าเราย้ อน
เส้ นทางของรังสี ท้งั สามเส้ นก็จะพบกับ
วัตถุ
C
ภาพและการมองเห็น

ภาพจริงและภาพเสมือน

ภาพเสมือน
 กระจกสะท้ อนแบ่ งได้ ง่าย ๆ 3 ชนิดคือ กระจกเงาราบ กระจกเว้ า และกระจกนูน
 ใช้ หลักการสะท้ อนของแสง (มุมตกกระทบเท่ ากับมุมสะท้ อน)
 รั งสี สะท้ อนและเส้ นแนวฉากจะอยู่ในระนาบเดียวกัน
 พิจารณาการสะท้ อนจากกระจกเงาราบ




แสงจากหลอดไฟ O สะท้ อนทีก่ ระจกทาให้ แสงมาเข้ าตาผู้สังเกต
แต่ จะเป็ นแสงทีส่ ะท้ อนออกมาจากกระจกไม่ ใช่ แสงทีม่ าจากหลอดไฟโดยตรง
คนคิดว่ าแสงเดินทางเป็ นเส้ นตรง ทาให้ คดิ ว่ าหลอดไฟอยู่ทตี่ าแหน่ ง
ซึ่งภาพลักษณะนี้ เรียกว่ า ภาพเสมือน(virtual image)
 แสงไม่ ได้ ไปตัดกันจริง ๆ
 คนจะบอกว่ าภาพของวัตถุเกิดทีต
่ าแหน่ ง
ภาพและการมองเห็น

ภาพจริ ง





พิจารณาการมองเห็นวัตถุโดยการหักเหของเลนส์
แสงออกจากวัตถุ D เมื่อผ่ านเลนส์ นูนจะมาตัดกันที่จุด E แล้ วบานออกไปเข้ าตา
การหาตาแหน่ งของวัตถุทาได้ โดยใช้ หลักการย้ อนเส้ นทางเดินของแสงจนไปตัดกันที่จุด E
นั่นคือเราจะคิดว่ าวัตถุอยู่ที่จุด Eไม่ ใช่ จุดD
คือเราจะบอกว่ าภาพของวัตถุจะเกิดที่ตาแหน่ ง E เรียกว่ าภาพจริ ง(real image)
E
D
ภาพและการมองเห็น

ภาพจริ งและภาพเสมือน

ภาพจริงเอาฉากรับได้


นากระดาษไปวางที่จุด Eแล้วเห็นภาพปรากฏขึน้ บนกระดาษได้
ภาพเสมือนไม่ สามารถนาฉากไปรับได้

เราไม่ สามารถนาฉากไปไว้ ที่จุด ได้ และถึงแม้ ว่านาไปไว้ได้ กจ็ ะไม่ มีแสงไปถึง
ภาพและการมองเห็น

การเกิดภาพจากกระจก

การเกิดภาพจากกระจกเงาราบ






ภาพที่เกิดจากกระจกเงาราบนั้นจะเป็ นภาพเสมือนทุกครั้ง
มุมตกกระทบเท่ ากับมุมสะท้ อน
ใช้ รังสี เพียงสองเส้ นในการหาตาแหน่ งของภาพ
จากภาพจะได้ ระยะวัตถุเท่ ากับระยะภาพ
และความสู งของวัตถุเท่ ากับความสู งของภาพ
มีกาลังขยายของกระจก(magnification)
ภาพและการมองเห็น

จำนวนภำพที่เกิดในกระจกเงำระนำบสองบำนวำงทำมุม  ต่อกัน



เมื่อนากระจากเงาระนาบ 2 บาน วางหันหน้ าเข้ าหากัน โดยทามุม ต่ อกัน
นาวัตถุวางไว้ ระหว่ างกระจกทั้งสอง จะเกิดภาพขึน้ จากระจกทั้งสอง
จานวนภาพที่เกิดหาได้ จากสู ตร
n 
360


 1
ภาพและการมองเห็น

ภาพจากกระจกโค้ง

กระจกโค้ งเว้ า (Concave Mirrors)




จุด C เรียกว่ าจุดศูนย์ กลางของความโค้ ง
R เรียกรั ศมีความโค้ งของกระจก
จุด V อยู่ที่ใจกลางผิวโค้ งเรียกจุดยอดของกระจก
เส้ นที่ลากผ่ านCและ V เรียกว่าแกนมุขสาคัญ
(Principal axis)
ภาพและการมองเห็น

ภาพจากกระจกโค้ง

กระจกโค้ งเว้ า (Concave Mirrors)


รังสี ที่ตกกระทบและสะท้ อนอยู่ด้านเดียวกับจุด
ศูนย์ กลางของความโค้ ง
ถ้ ารังสี จากจุด O บานออกไปตกกระทบกระจก(ตามกฎ
การสะท้ อน)รังสี จะสะท้ อนที่กระจกมาตัดกันที่จุด I
ภาพและการมองเห็น

ภาพจากกระจกโค้ง

กาลังขยาย(magnification)

พิจารณาวัตถุหนึ่งสู ง ส่ งรังสี ทามุมตกกระทบและมุม
สะท้ อน เกิดภาพสู ง
จากมุมตกกระทบได้

จากมุมสะท้ อนได้

มุมตกระทบเท่ ากับมุมสะท้ อนดังนั้น

ภาพและการมองเห็น

ภาพจากกระจกโค้ง

จากภาพพิจารณามุม
จะได้
และ
จับทั้งสองสมการหารกันจะได้

เปรียบเทียบกับสมการของกาลังขยายจะได้


ภาพและการมองเห็น

ภาพจากกระจกโค้ง





ถ้ ารังสี ตกกระทบขนานกับแกนมุขสาคัญ
รังสี สะท้ อนจะพบกันที่จุด ๆ หนึ่ง อยู่ระหว่ างจุด C
กับ V เรียกวาจุด F
จะพบว่ าจุด F อยู่ตรงกลางระหว่ าง C กับ V พอดี
เรียก F ว่ าจุดโฟกัส
VF คือระยะโฟกัส(f)
ภาพและการมองเห็น

ภาพจากกระจกโค้ ง

ดังนั้นจากสมการของกระจกจะได้ เป็ น
ภาพและการมองเห็น

ภาพจากกระจกโค้ ง

กระจกนูน





ถ้ ารังสี ตกกระทบขนานกับแกนมุขสาคัญ
รังสี สะท้ อนจะพุ่งออกจากกันคล้ายออกมาจากจุดหนึ่ง
ดังนั้นจุด F เป็ นจุดโฟกัสเสมือน
VF เป็ นระยะโฟกัสเสมือน
สมการของกระจกนูนจะเหมือนของกระจกเว้ า
ภาพและการมองเห็น

การหาตาแหน่ งภาพของวัตถุทวี่ างไว้ หน้ ากระจกเว้ าสามารถทาได้ โดยลากรังสี
ของแสงตามกฎการสะท้ อนแสง หลักทีใ่ ช้ ในการเขียนรู ปมีดงั นี้





ลากรังสี ตกกระทบจากปลายวัตถุถึงผิวกระจกที่ขนานกับเส้ นแกนมุขสาคัญ จะได้ รังสี
สะท้ อนจากผิวกระจกผ่ านโฟกัส
ลากรังสี ตกกระทบจากปลายวัตถุผ่านโฟกัส ถึงผิวกระจกจะได้ รังสี สะท้ อนจากผิว
กระจกขนานกับกับเส้ นแกนมุขสาคัญ
ลากเส้ นรังสี ตกกระทบจากปลายวัตถุผ่านศูนย์ กลางความโค้ งถึงผิวกระจก จะได้ รังสี
สะท้ อนจากผิวกระจกย้ อนกลับทางเดิม
ภาพที่เกิดขึน้ ที่หน้ ากระจกเว้ าเป็ นภาพที่รังสี สะท้ อนมาตัดกันจริ ง เรียกว่ า ภาพจริง
ภาพที่เกิดหลังกระจกเว้ าเป็ นภาพที่รังสี สะท้ อนเสมือนมาตัดกัน เรียกว่ า ภาพเสมือน
ภาพและการมองเห็น

ลักษณะการเกิดภาพเนื่องจากกระจะโค้ ง เมื่อวางวัตถุไว้ ทตี่ าแหน่ งต่ าง ๆ

กระจกเว้ า


วัตถุอยู่ที่ไกลมาก
จะเกิดภาพขนาดเล็กเป็ นจุด ที่จุดโฟกัส
ภาพและการมองเห็น

ลักษณะการเกิดภาพเนื่องจากกระจะโค้ ง เมื่อวางวัตถุไว้ ทตี่ าแหน่งต่ าง ๆ

กระจกเว้ า


วัตถุอยู่เลยC ออกไป
จะเกิดภาพจริงหัวกลับ ขยาดย่ อระหว่ างจุด C กับ F
ภาพและการมองเห็น

ลักษณะการเกิดภาพเนื่องจากกระจะโค้ ง เมื่อวางวัตถุไว้ ทตี่ าแหน่งต่ าง ๆ

กระจกเว้ า


วัตถุอยู่ระหว่ าง F กับกระจก
จะเกิดภาพหัวตั้งขนาดขยาย(ภาพเสมือน)
ภาพและการมองเห็น

ลักษณะการเกิดภาพเนื่องจากกระจะโค้ ง เมื่อวางวัตถุไว้ ทตี่ าแหน่งต่ าง ๆ

กระจกนูน

วางวัตถุหน้ ากระจกทีใ่ ดก็ตามจะได้ ภาพเสมือนขนาดเล็กกว่ าวัตถุหัวตั้ง
ภาพและการมองเห็น

เครื่องหมายของกระจก (กระจกเว้ าและกระจกนูน)
ภาพและการมองเห็น

ตัวอย่ าง ภาพทีเ่ กิดจากกระจกเว้ า

ภาพและการมองเห็น

ตัวอย่ าง ภาพทีเ่ กิดจากกระจกเว้ า

ภาพและการมองเห็น

ตัวอย่ าง ภาพทีเ่ กิดจากกระจกเว้ า

ภาพและการมองเห็น

ตัวอย่ าง ภาพทีเ่ กิดจากกระจกเว้ า

ภาพและการมองเห็น

ตัวอย่ าง ภาพทีเ่ กิดจากกระจกนูน

ภาพและการมองเห็น

ตัวอย่ าง ภาพทีเ่ กิดจากกระจกนูน

ภาพและการมองเห็น

ภาพจากกระจกโค้ ง

การใช้ เครื่องหมาย + , - ในกระจกนูนและกระจกเว้ า

f,R มีเครื่องหมายเป็ น



p มีเครื่องหมายเป็ น



+ เมือ่ เป็ นกระจกเว้ า
- เมือ่ เป็ นกระจกนูน
+ เมือ่ วัตถุอยู่หน้ ากระจก
- เมือ่ วัตถุอยู่หลังกระจก(เรียกว่ าวัตถุเสมือน)
q มีเครื่องหมายเป็ น


+ ภาพอยู่หน้ ากระจก(ภาพจริง)
- เมือ่ ภาพอยู่หลังกระจก(ภาพเสมือน)
ภาพและการมองเห็น

ภาพทีเ่ กิดโดยการหัก (Images Formed by
Refraction)

พิจารณาตัวกลางโปร่ งแสง 2 ตัวกลางที่มีดัชนีหัก(indices of
refraction) เป็ น n1 และ n2
สมการ การหักเห

n
1
p

n
2
q

n n
2
1
R
ภาพและการมองเห็น

พืน้ ผิวหักเหเรียบตรง (Flat Refracting Surfaces)

ถ้ าพืน้ ผิวหักเหเป็ นผิวเรียบตรง จะได้ ว่า R ยาวไม่ มีที่สิ้นสุ ด(infinite)

จะได้วา่
จากสมการการหักเห
n
1

n
p
q 
2
q
n
2
n
1
p
ภาพและการมองเห็น

พืน้ ผิวหักเหเรียบตรง (Flat Refracting Surfaces)

ตัวอย่ าง ลึกปรากฏ

ภาพและการมองเห็น

เลนส์ บาง (Thin Lenses)

สมการของช่ างทาเลนส์ (lens makers’ equation)

สามารถคานวณทางยาวโฟกัสได้ จากสมการนี้

เปรียบเทียบสมการได้ สมการเลนส์ บาง
ภาพและการมองเห็น

การหักเหของแสงทีผ่ วิ เลนส์

เลนส์ นูน

เมื่อให้ รังสี ลาขนานผ่ านเลนส์ นูนลาแสงจะรวมกันและรังสี จริงจะตัดกันที่จุดโฟกัส
ภาพและการมองเห็น

การหักเหของแสงที่ผวิ เลนส์

เลนส์ เว้ า

เมื่อให้ รังสี ลาขนานผ่ านเลนส์ เว้ารังสีหักเหจะบานออกเมื่อต่ อแนวรังสี หักเหกลับไปจะเสมือน
ตัดที่จุดโฟกัส
ภาพและการมองเห็น

การหักเหของแสงทีผ่ วิ เลนส์

การหาตาแหน่ งภาพที่เกิดจรกเลนส์ บางโดยการเขียนแผนภาพของรังสี ของแสงโดยใช้
รังสี หลัก 3 เส้ น



รังสี ตกกระทบทีข่ นานกับเส้ นแกนมุขสาคัญ เมื่อผ่ านเลนส์ แล้วจะผ่ านโฟกัส F ของเลนส์
ถ้ าเป็ นเลนส์ เว้ าให้ ต่อแนวรังสี มาตัดจุดโฟกัสด้ านหน้ า
รังสี ตกกระทบทีผ่ ่ านจุดศูนย์ กลางของเลนส์ เมื่อผ่ านเลนส์ แล้วออกไปในแนวเดิม
รังสี ตกกระทบทีผ่ ่ านโฟกัส F เมื่อผ่ านเลนส์ แล้วจะขนานกับเส้ นแกนมุขสาคัญของเลนส์
ภาพและการมองเห็น

ลักษณะการเกิดภาพเนื่องจากเลนส์นูน เมื่อวางวัตถุไว้ที่ตาแหน่งต่าง ๆ

เลนส์ นูน


วัตถุอยู่เลย2F ออกไป
จะเกิดภาพจริงหัวกลับ ขยาดย่ อระหว่ างจุด 2F กับ F
ภาพและการมองเห็น

ลักษณะการเกิดภาพเนื่องจากเลนส์นูน เมื่อวางวัตถุไว้ที่ตาแหน่งต่าง ๆ

เลนส์ นูน


วัตถุอยู่ระหว่ าง F กับกระจก
จะเกิดภาพหัวตั้งขนาดขยาย(ภาพเสมือน)ด้ านเดียวกับวัตถุ
ภาพและการมองเห็น

ลักษณะการเกิดภาพเนื่องจากเลนส์ เว้ า เมื่อวางวัตถุไว้ ทตี่ าแหน่งต่ าง ๆ

เลนส์ เว้ า

การเกิดภาพจากเลนส์ เว้ า จะเป็ นภาพเสมือนทั้งหมดและมีขนาดเล็กกว่ าวัตถุทุกกรณี
ภาพและการมองเห็น

การหักเหของแสงทีผ่ วิ เลนส์

เราสามารถหาความสั มพันธ์ ระหว่ าง ระยะภาพ ระยะวัตถุ ความยาวโฟกัส ขนาด
ภาพ ขนาดวัตถุ และกาลังขยายของเลนส์ เหมือนกับกระจกโค้ ง โดยลักษณะการเกิด
ภาพจากเลนส์ นูนจะเหมือนกับกระจกเว้ าและภาพที่เกิดจากเลนส์ เว้ าจะเหมือนกับ
กระจกนูน
ภาพและการมองเห็น

เครื่องหมายสาหรับเลนส์ บาง
ภาพและการมองเห็น

ตัวอย่ าง ภาพทีเ่ กิดจากเลนส์ นูน

ภาพและการมองเห็น

ตัวอย่ าง ภาพทีเ่ กิดจากเลนส์ นูน

ภาพและการมองเห็น

ตัวอย่ าง ภาพทีเ่ กิดจากเลนส์ นูน

ภาพและการมองเห็น

ตัวอย่ าง ภาพทีเ่ กิดจากเลนส์ นูน

ภาพและการมองเห็น

ตัวอย่ าง ภาพทีเ่ กิดจากเลนส์ นูน

ภาพและการมองเห็น

ตัวอย่ าง ภาพทีเ่ กิดจากเลนส์ เว้ า

A diverging lens of focal length 10.0 cm forms
images of object placed
ภาพและการมองเห็น

ตัวอย่ าง ภาพทีเ่ กิดจากเลนส์ เว้ า
ภาพและการมองเห็น

ตัวอย่ าง ภาพทีเ่ กิดจากเลนส์ เว้ า
ภาพและการมองเห็น

เลนส์ ประกอบ

พิจารณาเลนส์ นูนบางสองอัน

กาลังขยาย
ภาพและการมองเห็น

ตัวอย่ าง ภาพสุ ดท้ ายเกิดขึน้ ทีต่ าแหน่ งไหน

เลนส์ นูนบางสองอันมีความยาวโฟกัสเป็ น f1 และ f2 วางห่ างกันเป็ นระยะ
20.0cm ดังแสดงในรู ป วัตถุวางไว้ ที่ระยะ 30.0 cm ทางด้ านซ้ ายของเลนส์
อันที่ 1 จงหา ตาแหน่ งและกาลังขยาย ของภาพ
การแทรกสอดของแสง


เกิดจากการรวมกันของคลืน่ สองขบวน
ผลของการแทรกสอด



ถ้ าได้ คลืน่ ลัพธ์ ที่มีแอมพลิจูดสู งกว่ าคลืน่ แต่ ละขบวนที่มาเจอกัน
 การแทรกสอดแบบเสริ ม
ทาให้ ได้ คลืน่ ลัพธ์ ที่มีแอมพลิจูดตา่ กว่ าคลืน่ แต่ ละขบวนที่มาเจอกัน
 การแทรกสอดแบบหักล้ าง
สมบัติอาพันธ์ (coherence)


ความต่ างเฟสระหว่ างคลืน่ สองขบวนคงตัว
 เช่ นผลของความต่ างเฟสเป็ น 0 หรื อ 2π หรื อ 4 π หรื อ...
แหล่ งกาเนิดอาพันธ์
 แหล่ งกาเนิดทีป
่ ล่อยคลืน่ อาพันธ์ ออกมา
การแทรกสอดของแสง



การแทรกสอดจะต้ องเกิดจากแหล่ งกาเนิดแสงทีม่ ีสมบัติอาพันธ์
ในยุคแรก อาศัยแหล่ งกาเนิดอันเดียวแล้ วแยกแสงออกเป็ นสองส่ วนโดยใช้
สลิตคู่ ทาให้ ได้ คลืน่ แสงอาพันธ์ สองขบวน
บนฉากรับภาพจะเกิดริ้วมืดสว่ างสลับกันเป็ นผลจากการแทรกสอด

การทดลองสลิตคู่ของยัง
การแทรกสอดของแสง

การทดลองสลิตคู่ของยัง(Thomas young)




ใช้ สลิตเดีย่ วทาให้ แสงทะลุผ่านออกมาตกกระทบสลิตคู่ที่มี
ช่ องเปิ ด S1 และ S2
สลิตคู่นีท้ าหน้ าที่เสมือนแหล่ งกาเนิดอาพันธ์
 แสงสองลามีความต่ างเฟสคงตัว
การแผ่ ของลาแสงเกิดจากการเลีย้ วเบน
บนฉากรับภาพ(Viewing screen) จะเกิดริ้วมืด
สว่ าง ซึ่งเป็ นผลจากการแทรกสอด ณ จุดใด ๆ บนฉาก
 ถ้ าแสงจาก S1 และ S2 มาแทรกสอดแบบเสริ มกัน
ตาแหน่ งนั้นจะเกิดริ้วสว่ าง


ตาแหน่ ง max ในรู ป
ถ้ าแสงจาก S1 และ S2 มาแทรกสอดแบบหักล้างกัน
ตาแหน่ งนั้นจะเกิดริ้วมืด

ตาแหน่ ง min ในรู ป
การแทรกสอดของแสง

ชุดทดลองของยังสาหรับการศึกษาการแทรกสอดโดยใช้สลิตคู่
การแทรกสอดของคลื่นผิวน้ า
จุด A แทรกสอดแบบเสิ รม จุด
B แทรกสอดแบบหักล้าง
การแทรกสอดของแสง

การแทรกสอดของแสงทีท่ าให้ เกิด ริ้วสว่างกลาง


ลาแสงออกจากช่ องเปิ ดของสลิต S1 และ S2 มี
เฟสตรงกัน
เมื่อลาแสงทั้งสองมาถึงฉาก ณ จุด P ก็ยงั คงมีเฟส
ตรงกันเหมือนเดิม


เพราะแสงเดินทางในระยะทางที่เท่ ากัน
ทาให้ เกิดการแทรกสอดแบบเสริมและเกิดเป็ น
แถบสว่ างขึน้

ที่เป็ นแถบเพราะช่ องเปิ ดมีลกั ษณะเป็ นแถบสี่เหลีย่ มแคบๆ
การแทรกสอดของแสง

การแทรกสอดของแสงที่ทาให้เกิด ริ้ วสว่าง
ด้านข้าง

ลาแสงออกจากช่ องเปิ ดของสลิต S1 และ S2 มี
เฟสตรงกัน


ถึงแม้ ว่าลาแสงจากช่ องเปิ ด S1 จะเดินทางด้ วย
ระยะทางที่ไกลกว่ าลาแสงที่มาจากช่ องเปิ ด S2
เมื่อมาถึงจุด Q ความแตกต่ างของระยะทางที่เกิดขึน้
เป็ นจานวนเต็มเท่ าของความยาวคลืน่ พอดี


ความแตกต่ างดังกล่าวคือหนึ่งความยาวคลืน่
ทาให้ การรวมกันของคลืน่ ทั้งสองขบวนยังคงให้
แถบสว่ าง
การแทรกสอดของแสง

การแทรกสอดของแสงที่ทาให้เกิด ริ้ วสว่าง
กลาง


ระยะทางที่ลาแสงจาก S1 เดินทางมาถึง ฉาก ณ
จุด R มีความแตกต่ างจากระยะทางที่ลาแสงจาก
S2 เดินทางมาถึง ณ จุดเดียวกันอยู่ ครึ่ งความยาว
คลื่น
ทาให้ เกิดการแทรกสอดแบบหักล้ างกันหมด

ทาให้ เกิดแถบมืด ณ ตาแหน่ งดังกล่าว
การแทรกสอดของแสง

วิเคราะห์ การแทรกสอดของคลืน่ แสง


(a) แสดงรายละเอียดของแนวทางเดินของแสงสองลาทีอ่ อกจากสลิตคู่
(b) แสดงค่ า path difference ระหว่ างลาแสงทั้งสองลา
การแทรกสอดของแสง

วิเคราะห์ การแทรกสอดของคลืน่ แสง






ระยะทางในแนวตั้งฉาก จากสลิต S1 และ S2 ไปยังฉากรับภาพเป็ น L
ระยะห่ างระหว่ างช่ องเปิ ดของสลิตให้ เป็ น d
เส้ นที่ลากจากจุด P ที่อยู่บนฉากมายังจุดกึง่ กลางระหว่ างช่ องเปิ ดทามุม  กับเส้ นที่ลากตั้งฉาก
ระหว่ างแนวช่ องเปิ ดกับฉากรับภาพ
สมมติให้ แหล่ งกาเนิดให้ แสงความยาวคลืน่ เดียวออกมา
 ลาแสงสองลาทีผ
่ ่านช่ องเปิ ด S1 และ S2 ของสลิตคู่เป็ นแสงทีม่ คี วามยาวคลืน่ เท่ ากัน
 เฟสของแสงทั้งสองทีอ
่ อกมาช่ องเปิ ดตรงกัน
ความเข้ มแสงที่ปรากฏ ณ จุด P เกิดจากการแทรกสอดของแสงสองลาที่ออกมาจากช่ องเปิ ด
จากรู ปจะพบว่ าแนวทางที่แสงทั้งสองลาเดินทางมีระยะทางที่แตกต่ างกันอยู่
 เรี ยกค่ านีว้ ่ าความต่ างของเส้ นทาง(path difference)
การแทรกสอดของแสง

วิเคราะห์ การแทรกสอดของคลืน่ แสง

จากรู ป ความแตกต่ างของระยะทางระหว่ าง
แนวทางเดินนของแสงทั้งสอง ได้ เป็ น

อาศัยการประมาณ โดยพิจารณาภายใต้ เงือ่ นไขว่ า
ถ้ า
แนวทางที่แสงทั้งสองเดินทางสามรถ
พิจารณาได้ ว่าเกือบจะขนานกัน และยังประมาณ
สาหรับ เล็ก ๆ ทาให้ ได้ ว่า
การแทรกสอดของแสง

วิเคราะห์การแทรกสอดของคลื่นแสง


ถ้ าค่ าความแตกต่ างของระยะทาง เป็ นจานวนเต็มเท่ าของความยาวคลื่นหรื อเป็ นศูนย์
จะพบว่ าลาแสงทั้งสองที่เจอกันที่จุด P มีเฟสตรงกัน
ทาให้ เกิดการแทรดสอดแบบเสริม ซึ่งสามารถสั งเกตได้ เป็ นริ้วสว่ างบนฉาก

เงื่อนไขที่ทาให้ เกิดริ้วสว่ างบนฉาก ณ จุด P คือ

ค่ า m ที่ปรากฏในสมการเรียกว่า ลาดับ(order)

เช่ น ริ้วสว่างตรงกลางเรียก ริ้วสว่างลาดับที่ศูนย์ (zeroth – order maximum)
การแทรกสอดของแสง

วิเคราะห์การแทรกสอดของคลื่นแสง

ถ้ าค่ าความแตกต่ างของระยะทาง เป็ นผลคูณของจานวนคีก่ บั


คลืน่ แสงทั้งสองจะมีเฟสต่ างกันเป็ น 1800
ทาให้ เกิดการแทรกสอดแบบหักล้ างกัน

เงื่อนไขที่ทาให้ เกิดริ้วมืดบนฉาก ณ จุด P คือ

หรือ
การแทรกสอดของแสง

วิเคราะห์ การแทรกสอดของคลืน่ แสง

หาตาแหน่ งของริ้ว เมื่อวัดเทียบกับจุด O



จากเงื่อนไข
อาศัยเงื่อนไขเพิม่ เติม คือ
พบว่ ามุม สาหรับริ้วในลาดับต้ นๆจะมีค่าน้ อยทาให้ สามารถประมาณได้ ว่า

ซึ่งพบว่า

ดังนั้นระยะทางในแนวดิ่งที่วดั จากจุด O ไปยังริ้วสว่างลาดับที่ m เขียนได้ เป็ น

ทานองเดียวกันระยะทางในแนวดิ่งที่วดั จากจุด O ไปยังริ้วมืดเขียนได้ เป็ น
การเลีย้ วเบนของคลืน่ แสง

ภาพ a แสดงแสงตกกระทบช่องเปิ ดคู่ ถ้าแสงผ่านช่องเปิ ดออกมาเดินทางเป็ น
เส้นตรง จะไม่เกิดปรากฏการณ์แทรกสอดที่ทาให้เราเห็นริ้ วมืดและสว่างบนฉาก
ได้แต่ในความเป็ นจริ ง เราสังเกตเห็นริ้ วมืดสว่างบนฉาก แสดงว่าแสงทีผ่ า่ น
ออกมาจากช่องเปิ ดหนึ่งมีการแทรกสอดกับแสงที่เลี้ยวเบนจากอีกช่องเปิ ดหนึ่งได้
การแผ่ของคลื่นออกมาด้านข้างนี้เป็ นไปตามหลักของฮอยเกนส์
การเลีย้ วเบนของคลืน่ แสง

โดยทัว่ ไปการเลี้ยวเบนสามารถ
เกิดขึ้นได้เมื่อคลื่นแสงผ่านช่อง
เปิ ดเล็กหรื อสิ่ งกีดขวางเมื่อสังเกต
ผลการเลี้ยวเบนของแสงบนฉาก
จะพบว่ามีความแตกต่างไปจากริ้ ว
การแทรกสอดธรรมดา
การเลีย้ วเบนของคลืน่ แสง

จากภาพแสดงริ้วมืดสว่ างที่ได้ จากการ
เลีย้ วเบนของแสงผ่ านสลิตเดีย่ วบนฉากรับ



ริ้วสว่ างกลางใหญ่ ที่สุด (เรียกว่ า central
maxima) และมีริ้วมืด(minima)
ริ้วสว่ าง(side maxima) มีขนาดเล็ก
กว่ าอยู่ด้านข้ าง
การเลีย้ วเบนนีส้ ั งเกตได้ บนฉากที่วางอยู่ห่าง
จากสลิตเดีย่ วมากๆ
 ริ้วการเลีย้ วเบนทีส
่ ังเกตได้ ภายใต้ เงื่อนไขนี้
เรียกว่ า ริ้วการเลีย้ วเบนแบบเฟราน์ โฮเฟอร์
(Fraunhofer diffraction
pattern)
การเลีย้ วเบนของคลืน่ แสง

การวิเคราะห์ การเลีย้ วเบน


ทุกๆจุดระหว่ างช่ องว่ างของสลิต สามารถ
พิจารณาได้ ว่าเป็ นจุดกาเนิดของแสงได้ ตามหลัก
ของฮอยเกนส์
แสงที่เกิดจากจุดกาเนิดแต่ ละจุดมีเฟสตรงกัน


แบ่ งสลิตออกเป็ นสองส่ วน
พิจารณาจุดที่ 1และ 3 พบว่าแนวแสงที1
่ ไกลกว่า
แนวแสงที่ 3 เป็ นระยะ
การเลีย้ วเบนของคลืน่ แสง

การวิเคราะห์ การเลีย้ วเบน


ทานองเดียวกันพิจารณาแนวแสงคู่อนื่ เช่ น
 แนวแสงที่ 3 กับ 5 พบว่ าแนวแสงทั้งสองมีระยะทางทีต
่ ่ างกันอยู่
เช่ นเดียวกัน
ถ้ าความแตกต่ างระหว่ างแนวแสงดังกล่ าวเป็ นครึ่งหนึ่งของความยาว
คลืน่ (เทียบเท่ ากับความต่ างเฟส 1800)
 แนวแสงทั้งสองจะแทรกสอดกันแบบหักล้ าง
 การแทรกสอดแบบหักล้ างกันนีเ้ กิดขึน
้ กับแนวแสงคู่ใดๆก็ตามทีเ่ กิด
จากจุดกาเนิดทีอ่ ยู่ห่างกันเป็ นระยะทางเท่ ากับครึ่งหนึ่งของความ
กว้ างสลิตพอดี
 ด้ วยเหตุนแ
ี้ สงจากครึ่งด้ านบนของสลิตจะแทรกสอดแบบหักล้ างกับ
แสงครึ่งด้ านล่างของสลิตภายใต้ เงื่อนไข
หรือ
การเลีย้ วเบนของคลืน่ แสง

การวิเคราะห์ การเลีย้ วเบน

ถ้ าทาการแบ่ งสลิตออกเป็ นสี่ ส่วน เราจะพบว่ าบนฉากจะเป็ นแถบมืดเมื่อ

ในทานองเดียวกันถ้ าเราแบ่ งสลิตออกเป็ นหกส่ วน เราจะพบว่ าบนฉากจะเป็ นแถบมืดเมื่อ

ดังนั้นสาหรับในกรณีทั่วไปเงื่อนไขสาหรับการแทรกสอดแบบหักล้ างกันต้ องเป็ นไปตาม
การเลีย้ วเบนของคลืน่ แสง

การวิเคราะห์ การเลีย้ วเบน

จากการวิเคราะห์ พบว่ าความเข้ มแสงที่สัมพันธ์ กบั ตาแหน่ งเชิงมุมต่ าง ๆ ดังแสดงได้ ดงั รู ป
เกรตติงเลีย้ วเบน
Diffraction Grating

เป็ นอุปกรณ์ ทางแสงทีใ่ ช้ สาหรับวิเคราะห์ แหล่ งกาเนิดแสง




แบบให้ แสงที่ต้องการวิเคราะห์ ทะลุผ่าน (transmission grating)
แบบให้ แสงที่ต้องการวิเคราะห์ สะท้ อน (reflection grating) ในที่นีจ้ ะพิจารณาเฉพาะ
เกรตติงแบบให้ แสงทะลุผ่าน
เป็ นแผ่ นหรือโลหะ ที่มีร่องเป็ นแนวเส้ นตรงขนานกันหลาย ๆ แนว
ตัวอย่ างเช่ น เกรตติงบางอันมีแนวร่ องที่ขีดไว้ ถึง 5000 เส้ นใน 1 cm ซึ่งคิดเป็ น
ระยะห่ างระหว่ างเส้ นที่ติดกัน (d) เท่ ากับ
เกรตติงเลีย้ วเบน
Diffraction Grating

ภาพแสดง เกรตติงเลีย้ วเบนชนิดแสงทะลุ
ผ่ าน





แสงทะลุผ่านเกิดการเลีย้ วเบนผ่ านร่ อง
ร่ องเปรียบเสมือน สลิตแต่ ละอัน
ไปเกิดการแทรกสอดเป็ นริ้วของการเลีย้ วเบน
บนฉากรับภาพ
แสงที่ผ่านสลิตแต่ ละช่ องออกมามีเฟสตรงกัน
Path diff คือ
เกรตติงเลีย้ วเบน
Diffraction Grating



แสงแต่ละคู่ที่ตกบนฉากรับภาพจะมีเฟสตรงกันทาให้เกิดการแทรกสอดแบบ
เสริ มกันและเกิดเป็ นริ้ วสว่างขึ้น
ดังนั้นจึงสรุ ปได้วา่ เมื่อแสงตกกระทบในแนวตั้งฉากกับระนาบเกรตติง
เลี้ยวเบน ริ้ วสว่างบนฉากรับภาพที่เกิดขึ้นจะเป็ นไปตามเงื่อนไข
ในกรณี ที่ทราบระยะห่างระหว่างร่ องเกรตติง และมุมเลี้ยวเบน ของแสงเรา
สามารถคานวณหาความยาวคลืน่ ของแสงออกมาได้
เกรตติงเลีย้ วเบน
Diffraction Grating

กรณีทแี่ สงประกอบด้ วยหลายความยาวคลืน่ ส่ องผ่ านเกรตติง


เกรตติงจะทาการแยกแสงแต่ ละความยาวคลืน่ อันดับที่ m ให้ เลีย้ วเบนจากแนวที่ตก
กระทบด้ วยมุม ที่เหมาะสม
นักเรียนอาจทดลองเรื่องเกรตติงง่ าย ๆ โดยการฉายแสงจาก laser pointer
ผ่ านแผ่ น CD ที่ลอกชั้นพลาสติกออก ซึ่งจะพบกับการเลีย้ วเบนบนเกรตติงอย่ าง
ชัดเจน เพราะร่ องของแผ่ น CD ที่เขียนข้ อมูลแล้ วนั้น จะอยู่ใกล้ กนั มากและเรียงกัน
คล้ ายเกรตติง ซึ่งช่ องจะห่ างกันประมาร 1.5 ไมโครเมตร
เกรตติงเลีย้ วเบน
Diffraction Grating

ภาพ แสดงการกระจายค่าความเข้มแสงกับ

สาหรับค่าความยาวคลื่นแสง
สาหรับแสงที่ความยาวคลืน่ อืน่ ก็จะได้ การกระจายความเข้ มแสงกับ
ตาแหน่ งต่ าง ๆ กันไป
ที่
เกรตติงเลีย้ วเบน
Diffraction Grating



ชุ ดการทดลองสาหรับศึกษาแหล่ งกาเนิดแสง
เรียกว่ า สเปกโทรมิเตอร์ เกรตติงเลีย้ วเบน
(diffraction grating spectrometer)
ประกอบด้ วยแหล่ งกาเนิดแสงทีต่ ้ องการศึกษา
ผ่ านสลิต และ collimator ซึ่งทาให้ แสงขนาน
ออกมา
แสงทีอ่ อกจาก collimator ส่ องผ่ านเกรตติงซึ่ง
ทาหน้ าทีแ่ ยกแสงตามความยาวคลืน่ แสงที่
เลีย้ วเบนออกมาสั งเกตได้ โดยอาศัย Telescope
ซึ่งยึดติดแป้ นหมุนทีม่ มี ุมกากับอยู่ ทาให้
สามารถอ่ านค่ ามุมเลีย้ วเบนของแสงแต่ ละความ
ยาวคลืน่ ได้
โพลาไรเซชัน(Polarization)


จากปรากฏการณ์แทรกสอดและ
ปรากฏการณ์เลี้ยวเบนทาให้สรุ ปได้วา่
แสงเป็ นคลื่น (คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ า)
แต่ยงั บอกไม่ได้วา่ เป็ นคลื่นตามขวาง
หรื อคลื่นตามยาว

ปรากฏการณ์ โพลาไรเซชัน เป็ นเครื่อง
พิสูจน์ ว่าแสงเป็ นคลืน่ ตามขวางเพราะ
คลืน่ ตามยาวจะไม่ เกิดปรากฏการณ์ ชนิดนี้
โพลาไรเซชัน(Polarization)


แสงธรรมดาที่ไม่ โพลาไรซ์
(unpolarized) จะมีเวกเตอร์ ของ
สนามไฟฟ้ าอยู่ทุกทิศทางตั้งฉากกับทิศที่แสง
พุ่งไป ดังรู ป(a)
ส่ วนรู ป(b) แสดงเวกเตอร์ ของสนามไฟฟ้ า
ของแสงโพลาไรซ์ (polarized)


ในที่นีท้ ิศทางของแสงพุ่งตั้งฉากกับกระดาษ
ตามนุษย์ ไม่ สามารถบอกความแตกต่ างระหว่ าง
แสงโพลาไรซ์ กบั ไม่ โพลาไรซ์ ต้องใช้ อุปกรณ์ อนื่
ช่ วย
โพลาไรเซชัน (Polarization)

โพลาไรเซชันโดยแผ่ นโพลารอยด์ (polaroid)




แผ่ นโพลารอยด์ ทาให้ แสงที่ไม่ โพลาไรซ์ เป็ นแสงมีโพลาไรซ์ ได้ โดยแสงที่
ผ่ านออกมาจะโพลาไรซ์ ในแนวที่ขนานกับแกนของโพลารอยด์
 แผ่ นที่ 1 เป็ นตัวทาแสงโพลาไรซ์ (polarizer)
 แผ่ นที่ 2 เป็ นตัววิเคราะห์ (analyzer)
ภาพ (a) ความเข้ มของแสงมากสุ ดเมื่อแกนของโพลารอยด์ ท้งั สอง
ขนานกัน
ภาพ (b) ความเข้ มของแสงลดลงครึ่งหนึ่งเมื่อแกนของโพลารอยด์ ท้ัง
สองทามุม 450 ต่ อกัน
ภาพ (c) ความเข้ มของแสงน้ อยที่สุดเมื่อแกนของโพลารอยด์ ท้ังสอง
ตั้งฉากกัน
โพลาไรเซชัน(Polarization)

การหาความเข้ มแสงเมื่อผ่ านแผ่ นโพลารอยด์

กฎของมาลุส
โพลาไรเซชัน(Polarization)

การทาให้ แสงโพลาไรซ์ โดยการสะท้ อน

มุมโพลาไรซ์

รังสี สะท้ อนและรังสี หักเหจะทามุม 900 กันพอดี
จากรูปจะเห็นว่ า
ดังนั้น
หรือมุมบรู สเตอร์
ตา

หลักการคือ แสงจากวัตถุหกั เหผ่านเลนส์ ตา
(นูน) แล้วเกิดภาพจริ งชัดบน เรตินา (ฉาก)

ส่ วนประกอบอืน่ คือ


ม่ านตา (iris) ทาหน้าที่ปรับปริ มาณแสงที่จะ
ตกบนเรตินา
ภาพชัดบนเรตินา เกิดได้โดยกล้ามเนื้อยึดเลนส์
บีบ- ดึง ปรับทางยาวโฟกัสของเลนส์ตา (เราไม่
สามารถเลื่อนระยะระหว่างเลนส์กบั เรตินาได้)
ตา

ภาพแสดงการเกิดภาพ บนเรตินา


ขนาดของภาพขึน้ อยู่กบั มุม
 เมื่อวัตถุอยูไ่ กล ภาพตกบนเรตินามีขนาดเล็ก
 เมื่อวัตถุอยูใ่ กล้ ภาพตกบนเรตินามีขนาดใหญ่
สรุป ตา




ตามีลกั ษณะการทางานเหมือนกล้ องถ่ ายรู ป
เรตินา ทาหน้าที่รับแสง คล้ายฟิ ล์มถ่ายรู ป
ม่ านตา ทาหน้าที่ปรับให้แสงเข้าตามากน้อย (จึงเป็ นตัวปรับความเข้มแสง โดยเปลี่ยนขนาด
ของพิวพิล) จึงคล้าย ไดอะแฟรม
กล้ ามเนือ้ ยึดตา บังคับให้เลนส์ตานูนมากหรื อน้อย (เป็ นการเปลี่ยนระยะโฟกัสของเลนส์)
ตา

การเห็นสี ต่างกันของตา



มีเซลล์ รับแสงจานวนมาก ที่เรตินา
เซลล์ รูปแท่ ง(Rod) จะไวกับแสงที่มีความเข้ มน้ อยและไม่ สามารถแยกสี ที่รับได้
เซลล์ รูปกรวย(Cone) ไวกับแสงที่มคี วามเข้ มสู ง แบ่ งเป็ น 3 ชนิด




ชนิดที่หนึ่ง มีความไวต่ อแสงสีนา้ เงิน
ชนิดที่สอง มีความไวต่ อแสงสี เขียว
ชนิดที่สาม มีความไวต่ อแสงสี แดง
ถ้ าเซลล์ รับแสงสี ถูกกระตุ้นมากกว่ า 1 สี
ของสี เหล่ านั้น
จะเห็นเป็ นสี ผสม
ตา

ความล้ าของเรตินา (Retina Fatigue)


ถ้าเรามองแสงสี เขียวที่มีความสว่างมาก สักพักหนึ่งแล้ว มองแสงขาวทันที่ จะเห็นสี
แดงม่ วง เพราะเซลล์รูปกรวยที่ไวต่อแสงสี เขียวเมื่อยล้า จึงไม่ทางานชัว่ ขณะสั้น ๆ
สมองจึงรับแสงสี แดงและน้ าเงิน จึงเห็นเป็ น สี แดงม่ วง
ตาบอดสี

เกิดจากตาของบางคน มองเห็นสี ไม่ ครบทุกสี



ถ้า ตาบอดสี เขียว จะไม่สามารถมองเห็นสี เขียว
ตาบอดสี ส่วนมากจะ บอดสี แดง
ตาบอดสี ส่วนมาก จะเกิดกับ เพศชาย มากกว่าเพศหญิง
ตา

ความบกพร่ องในการมองเห็น


สายตาสั้ น คือ ตาที่มองชัดเฉพาะวัตถุที่อยู่
ใกล้ ๆ ส่ วนวัตถุที่อยูไ่ กล ๆ จะเห็นได้ไม่
ชัดและจะมีระยะไกลสุ ดระยะหนึ่งที่
มองเห็นได้ชดั ซึ่ งเป็ นตัวบ่งว่าตาสั้นมาก
หรื อน้อย
การแก้ ไข เลื่อนระยะวัตถุที่อยูไ่ กล ๆ ให้อยู่
ใกล้เข้ามา โดยไม่เกินระยะไกลสุ ดที่ตา
เปล่ามองเห็นได้ชดั ทาได้โดยสวมแว่นตา
หรื อเลนส์สัมผัส (contact lens)
ที่เป็ นเลนส์เว้าที่มีทางยาวโฟกัสเหมาะสม
เลนส์เว้าแกมนูน
ตา

ความบกพร่ องในการมองเห็น

สายตายาว คือ ที่มองชัดเฉพาะวัตถุที่อยู่
ไกล ๆ ส่ วนวัตถุที่อยูใ่ กล้ ๆ จะเห็นไม่ชดั
และจะมีระยะใกล้สุดระยะหนึ่งที่มองเห็น
ได้ชดั เจน ซึ่ งเป็ นตัวบอกว่าตายาวมากหรื อ
น้อย
 ระยะใกล้สุดของตาคนปกติจะมองเห็น
ได้ชดั คือ 25 cm หรื อ ประมาณ 10
นิ้ว
 การแก้ไข เลื่อนระยะวัตถุที่อยูใ่ กล้(25
cm) ให้ห่างออกไป โดยให้ไปอยูย่ งั
ระยะที่ตามองเห็นได้ชดั ทาได้โดยสวม
แว่นตาหรื อเลนส์สัมผัส (contact
lens) ที่เป็ นเลนส์นูน ที่มีทางยาว
โฟกัสเหมาะสม
เลนส์นูนแกมเว้า
แผ่ นกรองแสงสี

เป็ นแผ่ นพลาสติกใส ทีจ่ ะกั้นแสงสี บาง
สี ไว้ โดยให้ แสงบางสี ผ่านออกไป


แผ่ นกรองแสง สี แดง จะกั้นสี อนื่ ไว้ โดย
ให้ แถบ สี แดง และสี ส้ม ผ่ านออกไปได้
ผ่ านกรองแสง สี น้าเงิน จะกั้นสี อนื่ ไว้
โดยให้ แถบ สี น้าเงินผ่ านออกมา และ
อาจจะมี สี เขียวกับ สี ม่วงออกมาด้ วย
การแบ่ งวัตถุตามลักษณะทีแ่ สงผ่ านหรือตามปริมาณแสง



วัตถุโปร่ งใส จะให้ แสงผ่ านเกือบหมดอย่ างเป็ นระเบียบ เช่ น กระจกใส
วัตถุโปร่ งแสง จะให้ แสงผ่ านได้ อย่ างไม่ เป็ นระเบียบ เราจึงมองเห็นไม่ ชัด เช่ น
กระจกฝ้ า
วัตถุทบึ แสง จะไม่ ให้ แสงผ่ านไปได้ เลย เช่ น ผนังตึกทีท่ าด้ วยปูน




วัตถุทึบแสง จะดูดกลืนแสงบางสี และสะท้อนแสงที่เหลือเข้าสู่ตา
ดอกไม้ส่วนใหญ่จะ มีสารสี แดง จึงดูดกลืนสี อื่น ๆ ไว้ และสะท้อนสี แดงมาเข้าตา
มากที่สุด
เส้ นดาที่มีสีดา ดูดกลืนทุกสี ไว้หมด ไม่สะท้อนสี ใดออกมาเลย จึงเห็นเป็ นสี ดา
กระดาษสี ขาว เพราะสะท้อนทุกสี ออกมา จึงเห็นแสงสี รวมกันเป็ นสี ขาว
การผสมสารสี






สารสี คือ สีตามธรรมชาติของเนือ้ วัตถุวตั ถุ
คนเรา จะเห็นสีทสี่ ะท้ อนจากวัตถุมากกว่าแสงสี ที่ทะลุผา่ นวัตถุ
ถ้าต้องการเห็นสี ธรรมชาติของวัตถุใด ควรดูจากแสงสีขาวของดวง
อาทิตย์
สารสีบนผิววัตถุหรือผสมในเนือ้ วัตถุ จะเป็ นตัวกาหนดสี ของวัตถุน้ นั
สารสีปฐมภูมิ ไม่อาจสร้างจากการผสมของสารสี อื่น ๆ มี 3 สี หลัก
คือ สาร สีเหลือง สารสีแดงม่ วง และ สารสีน้าเงินเขียว
 สารสี เหลือง จะไม่ดูดกลืนแถบสี เหลือง (นอกนั้นดูดกลืนหมด)
 สารสี แดง จะไม่ดูดกลืน แถบสี แดง
 สารสี นา้ เงินเขียว จะไม่ดูดกลืนสี น้ าเงินเขียว
ดังนั้น ถ้ าผสมสารสีปฐมภูมทิ ้งั สามเข้ าด้ วยกัน ในปริมาณเท่ ากัน จะ
ได้ สารสีดา (เพราะแต่ ละสารจะดูดกลืนแถบสีต่างกัน จนไม่ มสี ีใด
ออกมาเลย
นา้ เงินเขียว
นา้ เงิน
แดงม่ วง
เขียว
ดา
แดง
เหลือง
การผสมแสงสี
นา้ เงิน




แสงสี ตามความถี่แสงที่เป็ นสเปกตรัม
แสงสี ที่สะท้อนหรื อผ่านทะลุออกมา มักจะ
ไม่ เป็ นสี เดียว เราจึงมักจะเห็นเป็ นการผสม
แสงสี
แสงสี แดง, แสงสี เขียว, แสงสี น้ าเงิน มา
ผสมกันบนฉากขาว จะเป็ นเป็ นสี ขาว
เราไม่ สามารถผสมแสงสี ให้เกิดเป็ นสี ดา
แดงม่ วง
นา้ เงินเขียว
ขาว
แดง
เหลือง
เขียว
การส่ องสว่ าง

พิจารณา อัตราการแผ่ รังสี ของพลังงานทั้งหมดจากแหล่ งกาเนิดแสงใด ๆ

กาลังการแผ่ รังสี หรือ ฟลักซ์ การแผ่ รังสี


มีหน่ วยเป็ นวัตต์ (1 W)
กาลังการแผ่ รังสี ไม่ เพียงพอสาหรับวัดความรู้ สึกต่ อการเห็น ความสว่ าง

รังสี ที่แผ่ ออกมาทั้งหมดจากแหล่ งกาเนิดไม่ ได้ อยู่ในสเปกตรัมที่มองเห็น


หลอดไฟชนิดไส้ แผ่ รังสี ในช่ วงสเปกตรัมใต้ แดงออกมามากกว่าสเปกตรัมทีม่ องเห็น
ตามีความไวต่ อความยาวคลืน่ ทั้งหมดได้ ไม่ เท่ ากัน

หลอดไฟฟ้า 1 วัตต์ ปล่อยแสงเหลืองออกมาจะปรากฏว่า สว่างกว่า หลอดไฟฟ้า 1 วัตต์ ที่
ปล่ อยแสงนา้ เงิน
การส่ องสว่ าง

ปริมาณทีอ่ ุปมาได้ กบั กาลังการแผ่ รังสี เรียกว่ า

ฟลักซ์ แสง (luminous flux) : F

นิยามคือ ปริมาณของแสงที่ปล่อยออกโดยพืน้ ที่ผวิ 1/600,000 m2 ของแพลทินัม
บริสุทธิ์ ณ อุณหภูมิหลอมเหลว(ประมาณ 1770 oC) ภายในมุมตัน 1 สเตอเรเดียน(1
sr)



หลอดไฟฟ้าชนิดมีไส้ 40 W มีค่าประมาณ 500 lm
หลอดเรีองแสง 40 W มีค่าประมาณ 2300 lm
หน่ วยของฟลักซ์ แสง คือ ลูเมน (lumen) : lm
การส่ องสว่ าง

ความเข้ มของการส่ องสว่ าง

ฟลักซ์ แสงต่ อหนึ่งหน่ วยพืน้ ที่ เรียกว่า ความสว่าง (illuminance) : E



หน่ วยของความสว่ าง คือ ลูเมนต่ อตารางเมตร
มีชื่อพิเศษว่ า ลักซ์ (lux, ย่ อ lx)
ถ้ าฟลักซ์ F ตกกระทบตั้งฉากกับพืน้ ที่ A แล้วความสว่ าง E กาหนดได้ โดย
E 


F
A
พิจารณาทรงกลมรัศมี R จากแหล่ งกาเนิดแสงที่เป็ นจุด มีพนื้ ที่ A เล็ก ๆ ของ

ทรงกลมปิ ดมุมตัน
F
I

นิยามของ ความเข้ มของการส่ องสว่ าง


หน่ วยคือ ลูเมนต่ อสเตอเรเดียน [ 1 lm .sr-1 : แคนเดลา ( 1 cd) ]
1 cd = 1 lm.sr-1
ทัศน์ อุปกรณ์

แว่ นขยาย คือ เลนส์ นูนอันเดียว ซึ่งจะให้ ภาพเสมือนขนาดขยาย ทีร่ ะยะภาพ
ห่ าง 25 เซนติเมตร


ปกติจะถือ แว่ นขยายชิดกับตาทีม่ อง
วัตถุทจี่ ะมอง ต้ องอยู่ภายในระยะโฟกัสของแว่ นขยาย จึงจะให้ ภาพเสมือนขนาดขยาย
ทัศน์ อุปกรณ์

กล้ องจุลทรรศน์ คือ กล้ องที่ส่องดูวตั ถุที่มีขนาดเล็ก ๆ เช่ น เชื้อ
โรคให้ มีขนาดขยายอย่ างมาก จนเห็นได้ ชัด

ใช้ เลนส์ ใกล้ วตั ถุมีทางยาวโฟกัสสั้ นมาก
เกิดภาพจริงขนาดขยายอยู่ระหว่ างเลนส์ ใกล้ วตั ถุกบั เลนส์ ใกล้ ตา ( I1 )
ภาพที่เกิดขึน้ ทาหน้ าที่เป็ นวัตถุของเลนส์ ใกล้ ตา
โดยตาแหน่ งภาพนีต้ กระหว่ างจุดโฟกัสของเลนส์ ใกล้ ตากับตัวเลนส์ ใกล้ ตา
ภาพที่เกิดจากเลนส์ ใกล้ ตาเป็ นภาพสุ ดท้ าย (I2) ที่ระยะ 25 เซนติเมตร
กาลังขยาย

หาความยาวของตัวกล้ องได้ ไหม





ทัศน์ อุปกรณ์

กล้ องโทรทรรศน์







กล้ องโทรทรรศน์ คือ กล้ องที่ใช้ ส่องวัตถุที่อยู่
ไกล
ใช้ เลนส์ วตั ถุที่มีทางยาวโฟกัสยาว
ดึงภาพวัตถุเข้ ามาเป็ นภาพจริง อยู่ระหว่ างเลนส์
ใกล้ วตั ถุกบั เลนส์ ใกล้ ตา(I1)
ภาพนีจ้ ะทาหน้ าที่เป็ นวัตถุของเลนส์ ใกล้ ตา
โดยตาแหน่ งของภาพนีจ้ ะตกระหว่ างจุดโฟกัส
ของเลนส์ ใกล้ ตากับตัวเลนส์ ใกล้ ตา
ฉะนั้นจะทาให้ ภาพสุ ดท้ ายจากเลนส์ ใกล้ ตาเป็ น
ภาพเสมือนหัวกลับ (I2)
กาลังขยาย
ทัศน์ อุปกรณ์

กล้ องโทรทรรศน์ แบบสะท้ อนแสง

ใช้ กระจกเงาเป็ นตัวรับแสง แล้ วจึงสะท้ อนผ่ านระบบเลนส์ อกี ครั้ งหนึ่ง
Thank you