คลื่นแสง

แหล่งกำเนิดแสง มีดังนี้

1. แหล่งกำเนิดแสงที่มนุษย์สร้างขึ้น เช่น แสงจากหลอดไฟ แสงจากไฟฉาย แสงจากเทียนไข ฯลฯ
2. แหล่งกำเนิดแสงที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ เช่น แสงจากดวงอาทิตย์ แสงจากดาวฤกษ์
   
           
 

          




ลักษณะของคลื่นแสง
1.แสงเดินทางเป็นเส้นตรง (จริง ๆ แล้วหลังจากการทดลองที่ผ่านมาทำให้รู้ว่าจริง ๆ แล้วแสงเดินทางเป็นเส้นโค้งแต่ในบทเรียน นั้นถ้ามีคำถามนี้ให้ตอบเป็นเดินทางเป็นเส้นตรง)
2.แสงเป็นคลื่นตามขวางและแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า มีอัตราเร็วเท่ากับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าประมาณ 3x10 ยกกำลัง 8 เมตร/วินาที  ดวงอาทิตย์อยู่ห่างจากโลกออกไปถึง 150 ล้านกิโลเมตร แต่แสงสามารถเดินทางมาถึงโลกโช้เวลาเพียง 8 นาทีเท่านั้นเอง
3.ทำไมบางครั้งเรามองไม่เห็นลำแสง แต่บางครั้งมองเห็นลำแสง การที่เรามองเห็นแสงเป็นลำก็เพราะแสงกระทบควันไฟหรือฝุ่นละอองแล้วสะท้อนมาเข้าตานั้นเอง
4.เมื่อมีวัตถุขวางทางเดินของแสง จะเกิดเงาขึ้นด้านหลังของวัตถุ
5.เงาที่เกิดจากแหล่งกำเนิดแสงขนาดใหญ่จะมีเงา 2 ชนิด คือ เงามืด และเงามัว
6.เส้นตรงที่แสดงแนวของลำแสง เรียกว่า รังสีของแสง มี 3 ชนิด
   6.1 รังสีปลายถ่าง
   6.2 รังสีปลายตีบ  
   6.3 รังสีขนาน

คุณสมบัติของคลื่นแสง 1. การสะท้อนของแสง แสงที่เดินทางจากตัวกลางที่โปร่งแสงไปสู่ตัวกลางที่โปร่งใส  เช่น  จากแก้วไปสู่อากาศ ถ้ามุมตกกระทบน้อย   กว่า  42  องศา  แสงบางส่วนจะสะท้อนกลับและบางส่วนจะทะลุออกอากาศ แต่ถ้าที่มุมแก้วตกกระทบแก้วกับ  42  องศา  แสงจะสะท้อนกลับคืนสู่แก้วหมดไม่มีแสงออกจากอากาศเลย  ลักษณะเช่นนี้เรียกว่า  การสะท้อนกลับหมด  นั้นคือ  รอยต่อแก้วกับอากาศทำหน้าที่เสมือนการตกกระทบที่จะทำให้แสงสะท้อนกลับหมด  ซึ่งจะมีค่าแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับชนิดของตัวกลาง
เมื่อแสงตกกระทบวัตถุ แสงบ่างส่วนจะสะท้อนจากวัตถุ  ถ้าแสงสะท้อนจากวัตถุเข้าสู่นัยน์ตาจะเกิดการมองเห็นและรับรู้เกี่ยวกับวัตถุนั้นได้
จากรูป    เมื่อแสงตกกระทบวัตถุทึบแสงผิงเรียบสามารถใช้เส้นตรงและหัวลูกศรแสดงทิศทางของรังสีตกกระทบและรังสีสะท้อน  เมื่อลากเส้นทางเดินของแสงเมื่อตกกระทบวัตถุจะเกิดมุม 2  มุม  โดยเรียกมุมอยู่ระหว่างรังสีตกกระทบกับเส้นปกติกว่า”มุมตกกระทบ” และเรียกมุมที่อยู่ระหว่างรังสีสะท้อนกับเส้นปกติว่า”มุมสะท้อน”   ซึ่งการสะท้อนแสงบนผิววัตถุอธิบายได้ด้วย  กฎการสะท้อน  ดังนี้           1.  รังสีตกกระทบ  เส้นปกติ  และรังสีสะท้อนอยู่ในระนาบเดียวกัน           2.  มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน           เมื่อแสงตกกระทบวัตถุผิวเรียบเกิดการสะท้อนของแสงอย่างเป็นระเบียบ  แต่ถ้าแสงตกกระทบพื้นผิวขรุขระ  แสงสะท้อนจะสะท้อนอย่างกระจัดกระจายดัง
มุมวิกฤต  (criticsl  angle)  เป็นมุมตกกระทบค่าหนึ่งทำให้เกิดมุมหักเหมีค่าเป็น  90  องศา  มุมวิกฤตจะเกิดขึ้นได้เมื่อรังสีตกกระทบผ่านตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากไปยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า  เช่น  เมื่อแสงผ่านแก้วสู่อากาศด้วยมุมวิกฤต จะทำให้แนวรังสีหักเหทับอยู่บนรอยต่อของตัวกลางทั้งสอง             การสะท้อนกลับหมด (total  reflection)  เกิดจากการเดินทางของแสงจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากกว่าไปยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า  เมื่อแสงเคลื่อนที่ถึงรอยต่อระหว่างตัวกลางจะเกิดการสะท้อนกลับสู่ตรงกลางเดิม  การสะท้อนกลับหมดจะเกิดขึ้นเมื่อมุมตกกระทบมีค่ามากกว่ามุมวิกฤต  ทำให้ลำแสงไม่หักเหเข้าไปในตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า  แต่เกิดการสะท้อนกลับหมดแทน  เช่น  การสะท้อนกลับหมดของแสงในเส้นใยนำแสงในการแสดงดนตรีบนเวที
มิราจ  (mirage)  หรือภาพลวงตา  เป็นปรากฏการณ์ซึ่งเกิดจากการหักเหของแสงเนื่องจากชั้นของอากาศที่แสงเดิมทางผ่านมีอุณหภูมิต่างกัน  แล้วเกิดการสะท้อนกลับหมด  เช่น              -   การมองเห็นต้นไม้กลับหัว             -   การมองเห็นเหมือนมีน้ำหรือน้ำมันนองพื้นถนน  ในวันที่มีอากาศร้อนจัด                   -  การมองเห็นภาพบิดเบี้ยว  เนื่องจากไอของความร้อนขยายตัวลอยสูงขึ้นจากผิวถนน

2. การหักเหของแสง

แสงเมื่อเดินทางจากตัวกลางหนึ่งไปยังตัวกลางอีกชนิดหนึ่งที่เป็นตัวกลางโปร่งใสและมีความหนาแน่นไม่เท่ากัน  ความเร็วในการเดินทางของแสงจะเปลี่ยนไป           เมื่อแสงเดินทางจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากไปสู่ตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อย แสงจะหักเหออกจากเส้นปกติ            ถ้าแสงเดินทางจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากไปหาตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยแสงจะหักเหออกจาเส้นปกติ  ดังนั้นแสงเมื่อเดินทางในตัวกลางที่มีความหนาแน่นมาก  ความเร็วของแสงจะลดลง  จึงทำให้ลำแสงเบนไปจากแนวเดิม  เรียกว่า  แสงเกิดการหักเห
แสงเมื่อเดินทางตกกระทบผิวหน้าของวัตถุอันหนึ่ง   เช่น  แสงเดินทางจากอากาศมากระทบแก้วโปร่งใส  แสงส่วนหนึ่งจะสะท้อนกลับ  อีกส่วนหนึ่งจะเดินทางผ่านเข้าไปในแก้ว  และแสงจะหักเหเข้าหาเส้นปกติ   เมื่อแสงเดินทางออกจากแก้วมาสู่อากาศ  แสงจะหักเหออกจากเส้นปกติ  ลำแสงก่อนตกกระทบแก้ว  และลำแสงที่ออกจากแก้วจึงมีลักษณะขนานกัน            เมื่อจุ่มหลอดดูดลงไปในน้ำที่บรรจุอยู่ในถ้วยแก้วจึงมองดูเหมือนกับว่าหลอดดูดส่วนที่จมอยู่ในน้ำโค้งงอ  มีขนาดใหญ่กว่าส่วนที่อยู่เหนือน้ำ   และปลาย ล่างสุดของหลอดดูดสูงขึ้นมากันแก้วที่เป็นเช่นนี้เพราะแสงจากหลอดดูดเกิดการหักเห ขณะเดินทางผ่านน้ำผ่านแก้ว  และผ่านอากาศมาเข้าตาของเรา           การหักเหของแสงทำให้เรามองเห็นภาพของวัตถุอันหนึ่งที่จมอยู่ก้นสระน้ำอยู่ตื้นกว่า ความเป็นจริงที่เป็นเช่นนี้ก็เพราะแสงจากก้นสระว่ายน้ำจะหักเหเมื่อเดินทางจากน้ำสู่อากาศ  ทั้งนี้เพราะความเร็วของแสงที่เดินทางในอากาศเร็วกว่าเดินทางในน้ำ  จึงทำให้้แสงช่วงที่ออกจากน้ำสู่อากาศหักเหออกจากเส้นปกติ  จึงทำให้เห็นภาพของวัตถุอยู่ตื้นกว่าความเป็นจริง

3. การแทรกสอดของคลื่น(Interference) 

การแทรกสอด เกิดขึ้นจากการที่คลื่นต่อเนื่องจากแหล่งกำเนิดอาพันธ์(ส่งคลื่นที่มีความถี่คงที่ ความยาวคลื่นและอัตราเร็วคลื่นคงที่)  ตั้งแต่สองแหล่งกำเนิดขึ้นไปเดินทางมาพบกันจะเกิดการแทรกสอดหรือเกิดการรวมกันของคลื่น  แบ่งได้ 2 แบบ คือ
1.ตำแหน่งที่เกิดการรวมแบบเสริมกัน จะมีค่าแอมพลิจูดมาก เรียกตำแหน่งนี้ว่าปฏิบัพ(Antinode : A)
2.ตำแหน่งที่เกิดการรวมแบบหักล้างกันจะมีค่าแอมพลิจูดน้อยเกือบเป็นศูนย์ เรียกตำแหน่งนี้ว่าบัพ(node : N)

เมื่อมีคลื่นต่อเนื่องจากแหล่งกำเนิดคลื่นสองแหล่งที่มีเฟสตรงกันเคลื่อนที่มาพบกัน จะเกิดการซ้อนทับระหว่างคลื่นต่อเนื่องสองขบวน  เกิดแนวการแทรกสอด โดยที่แนวกลางระหว่างแหล่งกำเนิดคลื่นเป็นแนวการแทรกสอดแบบเสริม ให้ชื่อว่าแนวปฏิบัพกลาง A0 

รูปแสดงแนวการแทรกสอดของคลื่น เมื่อส่งคลื่นเฟสตรงกัน

 

ภาพเคลื่อนไหวแสดงการแทรกสอดของคลื่นจากแหล่งกำเนิดคลื่นอาพันธ์

4. การเลี้ยวเบน

ถ้าเราวางวัตถุทึบแสงไว้ระหว่างฉากกับจุดกำเนิดแสงที่สว่างมากเราจหะเห็นขอบของเงาวัตถุนั้นบนฉากพร่ามัว เป็นแถบมืดแถบสว่าง             สลับกันดังรูปที่ 46 ที่เป็นเช่นนี้ เพราะแสงเกิดการเลี้ยวเบนทำให้เกิดการเลี้ยวเบนทำให้เกิดการแทรกสอดเป็นแถบมืดและแถบสว่าง

การเลี้ยวเบนของแสงผ่านวัตถุรูปดาว

จากรูป ถ้า ให้แสงที่มีความสว่างมากผ่านวัตถุรูปดาวจะทำให้ เกิดแถบมืดและแถบสว่างที่ขอบในและขอบนอกของรูปดาวปรากฏบนฉาก เพราะคลื่นแสงที่เลี้ยวเบนจากขอบในและขอบนอกของรูปดาวเป็นเสมือนแหล่งกำเนิด แสงใหม่จึงเกิดการแทรกสอดกันเองทำให้เกิดแถบสว่างและแถบมืดทั้งขอบนอกและขอบ ในของวัตถุรูปดาว

เงาของลูกทรงกลมดันเส้นผ่านศูนย์กลาง นิ้ว

 จากรูป แสดงการเลี้ยวเบนของแสงโดยให้แสงที่มีความสว่างมากผ่านทรงกลมตัน ทำให้เกิดเงาของทรงกลมปรากฏบนฉาก และเกิดแถบมืดแถบสว่างที่ขอบเนื่องจากการเลี้ยวเบนของแสงที่จุดศูนย์กลางของเงาทรงกลมจะเป็นจุดสว่าง เพราะแสงที่เลี้ยวเบนผ่านขอบของทรงกลมตันจะเป็นเสมือนแหล่งกำเนิดใหม่ตามหลักการของฮอยเกนส์จึงให้คลื่นแสงไปพบกัน ที่จุดศูนย์กลางของเงาทรงกลมบนฉากทำให้เกิดการแทรกสอดกันในลักษณะเสริมจึงเห็นเป็นจุดสว่างขึ้น

การเลี้ยวเบนของแสงผ่านช่องเดี่ยว

          

  เมื่อให้แสงเลี้ยวเบนผ่านช่องแคบเดียวจะได้แถบสว่างตรงกลางกว้างและมีความเข้มมากที่สุด แถบสว่างข้างๆ ที่สลับแถบมืดจะมีความเข้มลดลง

ถ้าแสงที่ผ่านช่องแคบเป็นแสงสีขาวจะได้แถบสว่างเป็นสีขาวและแถบสว่างข้างๆ จะเป็นสเปคตรัมโดยเรียงจากมีม่วงไปจนถึง สีแดงแต่ถ้าเป็นแสงสีเดียวแถบสีสว่างข้างๆจะเป็นสีเดิม แถบสว่างตรงกลางจะกว้างมากที่สุดและแถบสว่างข้างๆ จะลดลงครึ่งหนึ่งและมีขนาดกว้างเกือบเท่ากันหมด

การเลี้ยวเบนของแสงผ่านช่องเดี่ยว

การหาตำแหน่งแถบมืดแถบสว่างบนฉาก

            ให้คลื่นแสงสีเดียวความยาวคลื่น ส่องผ่านช่องเดียวที่มีความกว้าง d ทำให้เกิดแทรกสอด เนื่องจากการเลี้ยวเบนบนฉากที่ห่าง จากช่องเดียว D ดังรูป

  จากรูปอาศัยหลักของฮอยเกนส์ ซึ่งกล่าวว่าทุกจุดบนหน้าคลื่นจะกระทำตัวเป็นแหล่งกำเนิดคลื่นใหม่ ถ้าเราให้ฉากอยู่ห่างจาก ช่องเดี่ยวมากๆ            จะได้รังสีที่ออกจากช่องเดียวเป็นรังสีขนาน และตำแหน่งมืดบนฉากคือตำแหน่งที่คลื่นหักล้างกัน 

รังสีขนานจากช่องเดียว

 ประโยชน์ของคลื่นแสง
เป็นพลังงานรูปหนึ่งซึ่งไม่ต้องการที่อยู่ ไม่มีน้ำหนัก แต่สามารถทำงานได้  ในแสงอาทิตย์ มีคลื่นรังสีหลายชนิดตามที่ได้กล่าวมาแล้วในตอนต้น  ประโยชน์ที่เราได้รับจากแสงอาทิตย์มีอยู่  2  ส่วนคือ  ความร้อน และแสงสว่าง ในชีวิตประจำวัน เราได้รับประโยชน์จากความร้อน และแสงสว่างของดวงอาทิตย์ตลอดเวลา แสงอาทิตย์ทำให้โลกสว่าง เราสามารถทำกิจกรรมต่างๆ ได้อย่างสะดวก อาชีพหลายอาชีพต้องใช้ความร้อนของแสงอาทิตย์โดยตรง แม้ตอนที่ดวงอาทิตย์ตกดิน เราก็ยังได้รับความอบอุ่นจากแสงอาทิตย์ที่พื้นโลกดูดซับไว้ ทำให้เราไม่หนาวตาย  ประโยชน์ของแสงสามารถแบ่งได้เป็น 2 ทาง คือ ประโยชน์ทางตรง และประโยชน์ทางอ้อม
1) ประโยชน์จากแสงทางตรง   เช่น  การทำนาเกลือ  การทำอาหารตากแห้ง  การตากผ้า  การฆ่าเชื้อโรคในน้ำดื่ม ต้องอาศัยความร้อนจากแสงอาทิตย์  การแสดงหนังตะลุง และภาพยนตร์ ต้องใช้แสงเพื่อทำให้เกิดเงาบนจอ  การมองเห็นก็ถือเป็นการใช้ประโยชน์จากแสงทางตรง
2) ประโยชน์จากแสงทางอ้อม   เช่น ทำให้เกิดวัฏจักรของน้ำ  (การเกิดฝน)  พืชและสัตว์ที่เรารับประทาน ก็ได้รับการถ่ายทอดพลังงานมาจากแสงอาทิตย์

โทษของคลื่นแสง

แสงแดด นับว่าเป็นแสงที่มีคุณค่า ที่สิ่งมีชีวิตบนพื้นโลกได้ใช้ประโยชน์ ในคุณประโยชน์นั้นก็มีโทษ แฝงอยู่เช่นกัน ทั้งนี้เพราะแสงอัลตราไวโอเลตที่มีพลังงานสูง ในแสงแดด อาจทำลายจอประสาทตา และเลนส์ตา จนเสื่อมสภาพ เกิดเป็นโรคต้อกระจก อาจลุกลามจนตาบอดได้ ถ้าเรามองแสงอาทิตย์ โดยตรงเป็นเวลานานๆโดยไม่มีอุปกรณ์ป้องกัน  และ แสง ยูวี บี (UV-B) มีส่วนทำให้ผิวหนังไหม้เกรียม มีส่วนทำให้เกิดมะเร็งผิวหนังได้ ทุกวันนี้แสงยูวี บี ตกกระทบพื้นโลกมากขึ้น ทั้งนี้เพราะปริมาณโอโซน ในบรรยากาศชั้นสตาร์โตสเฟียร์ (stratosphere)ที่ทำหน้าที่ดูดกลืนแสงยูวี มีปริมาณลดลง เนื่องจากถูกทำลายจากสาร CFC ที่ถูกปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศ ซึ่งรายละเอียดในเรื่องนี้ จะได้นำมากล่าวในโอกาศต่อไป












ที่มา :
 https://my.dek-d.com/otoka/writer/viewlongc.php?id=499781&chapter=14
       
http://www.tistr.or.th/ed/?p=470

https://sites.google.com/site/nobphonback/kar-leiyw-ben-khxng-saeng

https://wanwadee25.wordpress.com/%E0%B9%80%E0%B8%81%E0%B8%A3%E0%B9%87%E0%B8%94%E0%B8%84%E0%B8%A7%E0%B8%B2%E0%B8%A1%E0%B8%A3%E0%B8%B9%E0%B9%89/%E0%B8%9F%E0%B8%B4%E0%B8%AA%E0%B8%B4%E0%B8%81%E0%B8%AA%E0%B9%8C/%E0%B8%AA%E0%B8%A1%E0%B8%9A%E0%B8%B1%E0%B8%95%E0%B8%B4%E0%B8%82%E0%B8%AD%E0%B8%87%E0%B8%84%E0%B8%A5%E0%B8%B7%E0%B9%88%E0%B8%99/%E0%B8%AA%E0%B8%A1%E0%B8%9A%E0%B8%B1%E0%B8%95%E0%B8%B4%E0%B8%81%E0%B8%B2%E0%B8%A3%E0%B9%81%E0%B8%97%E0%B8%A3%E0%B8%81%E0%B8%AA%E0%B8%AD%E0%B8%94/