การหักเหของแสง
- 1. 1
การหักเหของแสง
การหักเหของแสง หมายถึง การเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ของแสง เมื่อแสงเคลื่อนที่จากตัวกลางชนิด
หนึ่งไปยังอีกตัวกลางชนิดหนึ่งที่มีความหนาแน่นแตกต่างกัน สาเหตุที่ทาให้แสงหักเหเนื่องจากอัตราเร็วของแสงใน
ตัวกลางทั้งสองไม่เท่ากัน โดยแสงจะเคลื่อนที่ในตัวกลางโปร่งกว่าได้เร็วกว่าตัวกลางที่ทึบกว่า เช่น ความเร็วของแสง
ในอากาศมากกว่าความเร็วของแสงในน้า และความเร็วของแสงในน้ามากกว่าความเร็วของแสงในแก้วหรือพลาสติก
การหักเหของแสงเกิดขึ้นตรงผิวรอยต่อของตัวกลาง
การหักเหของแสงเกิดขึ้นได้ 2 แบบ คือ
1. เมื่อแสงเดินทางจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อย (แสงมีความเร็วมาก) เข้าสู่ตัวกลางที่มีความ
หนาแน่นมากกว่า(แสงมีความเร็วน้อย) แสงจะหักเหเข้าหาเส้นปกติ หรือเส้นแนวฉาก เช่น จากน้าไปสู่แก้ว จาก
อากาศไปสู่น้า หรือ จากน้าไปสู่พลาสติก ดังภาพที่ 1
2. เมื่อแสงเดินทางจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นมาก (แสงมีความเร็วน้อย) เข้าสู่ตัวกลางที่มีความ
หนาแน่นน้อยกว่า (แสงมีความเร็วมาก) แสงจะหักเหออกจากเส้นปกติ หรือเส้นแนวฉาก เช่น จากแก้วไปสู่น้า จาก
น้าไปสู่อากาศ หรือ จากพลาสติกไปสู่อากาศ ดังภาพที่ 2
- 2. 2
อุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องกับการหักเหของแสง
เลนส์ (lens) คือ วัตถุโปร่งใสที่มีผิวหน้าโค้งทาจากแก้วหรือพลาสติก เลนส์แบ่งออกเป็น 2 ชนิด ได้แก่ เลนส์
นูนและเลนส์เว้า
1. เลนส์นูน
เลนส์นูน (convex lens) คือ เลนส์ที่มีลักษณะหนาตรงกลางและบางที่ขอบ ดังรูป
รูปแสดงลักษณะเลนส์นูน
รูปแสดงส่วนสาคัญและรังสีบางรังสีของเลนส์
เลนส์นูน ทาหน้าที่รวมแสงขนานไปตัดกันที่จุดๆ หนึ่ง ซึ่งแนวหรือทิศทางของแสงที่เข้ามายังเลนส์สามารถ
เขียนแทนด้วยรังสีของแสง ถ้าแสงมาจากระยะไกลมากเรียกระยะนี้ว่า " ระยะอนันต์"เช่น แสงจากดวงอาทิตย์หรือ
ดวงดาวต่างๆ แสงจะส่องมาเป็นรังสีขนาน เมื่อรังสีของแสงผ่านเลนส์จะมีการหักเหและไปรวมกันที่จุดๆ หนึ่ง
เรียกว่า "จุดโฟกัส (F)" ระยะจากจุดโฟกัสถึงกึ่งกลางเลนส์ เรียกว่า "ความยาวโฟกัส (f)" และเส้นตรงที่ลากผ่านจุด
ศูนย์กลางความโค้งของผิวทั้งสองของเลนส์เรียกว่า " แกนมุขสาคัญ (principal axis)"
การเขียนทางเดินของแสงผ่านเลนส์
เราสามารถหาตาแหน่งและลักษณะของภาพที่เกิด จากเลนส์นูนหรือเลนส์เว้าโดยวิธีการเขียนทางเดินของแสง
ผ่านเลนส์ได้ ซึ่งมีลาดับขั้นตอนดังนี้
1. เขียนเลนส์ แกนมุขสาคัญ จุดโฟกัส จุดกึ่งกลางของเลนส์ และกาหนดตาแหน่งของวัตถุ
2. จากจุดปลายของวัตถุลากเส้นตรง 2 เส้น เส้นที่ 1 ลากขนานกับแกนมุขสาคัญไปตกกระทบตรงเส้นแบ่งครึ่ง
เลนส์ แล้วหักเหผ่านจุดโฟกัสของเลนส์ เส้นที่ 2 ลากจากปลายของวัตถุผ่านจุดกึ่งกลางของเลนส์โดยไม่หักเห จุดที่
รังสีทั้ง 2 ตัดกัน คือ ตาแหน่งภาพ
- 5. 5
2. เลนส์เว้า
เลนส์เว้า (concave lens) คือ เลนส์ที่มีลักษณะบางตรงกลางและหนาที่ขอบ ดังรูป
รูปแสดงลักษณะเลนส์เว้า
ภาพที่เกิดจากเลนส์เว้า
เมื่อแสงส่องผ่านเลนส์เว้ารังสีหักเหของแสงจะกระจายออก ดังรูป
รูปแสดงภาพที่เกิดจากเลนส์เว้าเมื่อวางวัตถุที่ระยะต่างๆ
- 7. 7
การหาชนิดและตาแหน่งของภาพจากวิธีการคานวณ
การหาตาแหน่งภาพที่ผ่านมาใช้วิธีเขียนแผนภาพของรังสี ยังมีอีกวิธีที่ใช้หาตาแหน่งภาพคือ วิธีคานวณ ซึ่งสูตรที่ใช้
ในการคานวณมีดังต่อไปนี้
สูตร
เมื่อ m คือ กาลังขยายของเลนส์
I คือ ขนาดหรือความสูงของภาพ
O คือ ขนาดหรือความสูงของวัตถุ
หลักการกาหนดเครื่องหมาย
ในการคานวณหาตาแหน่งและชนิดของภาพจะต้องมีการกาหนดเครื่องหมาย - และ + สาหรับปริมาณต่างๆ ใน
สมการดังนี้
1. ระยะวัตถุ ( s ) เป็น + เสมอ
2. ระยะภาพ ( s' ) ภาพจริง s' เป็น + ภาพเสมือ s' เป็นลบ
3. ระยะโฟกัส ( f ) f ของเลนส์นูนมีเครื่องหมาย + และ f ของเลนส์เว้ามีเครื่องหมาย -
4. กาลังขยาย ( m ) ภาพจริง กาลังขยายเป็น + ภาพเสมือน กาลังขยายเป็น -
ลองทาดู
1. วางวัตถุห่างจากเลนส์นูนเป็นระยะ 12 เซนติเมตร ถ้าเลนส์นูนมีความยาวโฟกัส 5 เซนติเมตร จะเกิดภาพชนิดใด
และที่ตาแหน่งใด
2. วางวัตถุห่างจากเลนส์เป็นระยะ 25 เซนติเมตร ปรากฏว่าเกิดภาพเสมือนห่างจากเลนส์ 15 เซนติเมตร เลนส์นี้
เป็นเลนส์ชนิดใดและมีความยาวโฟกัสเท่าไร
วิชาวิทยาศาสตร์ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 2
โดย ครูมณีรัตน์ กาลสุวรรณ
โรงเรียนเฉลิมพระเกียรติสมเด็จพระศรีนครินทร์ กาญจนบุรี
