ฟิสิกส์.5

PHYSICS M.5 51a
Physical optics I

คล่นื แม่เหล็กไฟฟ้า

คล่ืนแมเ่ หล็กไฟฟ้าทุกประเภทเดินทางโดยไมต่ อ้ งใชต้ วั กลางในการเคลือ่ นท่ี
โดยสามารถเคลื่อนท่ีดว้ ยอตั ราเร็วในสุญญากาศ เทา่ กบั 300,000,000 เมตร/วนิ าที

แสง ถือเป็นคล่นื แมเ่ หล็กไฟฟ้าชนิดหน่ึง ทาใหท้ ราบว่าแสงมีอตั ราเร็ว
ในสุญญากาศ (C) เทา่ กบั 3 x 10 8 เมตร/วินาที เช่นกนั

หมายเหตุ: ตราบจนถงึ ปัจจุบนั ยงั ไม่มีการคน้ พบว่ามสี ่ิงใด ไม่วา่ จะเป็นคล่ืน
หรืออนุภาคใดๆทสี่ ามารถเคล่ือนท่ีในสุญญากาศไดเ้ ท่ากบั หรือเร็วกว่า แสง

PHYSICS M.5 51b
Physical optics I

การแสดงสมบตั ิของ คลนื่ และอนภุ าค

คล่นื จะสามารถแสดงสมบตั ิได้ 4 ประการ
1.สะทอ้ น
2.หกั เห
3แทรกสอด
4.เล้ียวเบน
อนุภาค จะสามารถแสดงสมบตั ไิ ด้ 2 ประการ
1.สะทอ้ น
2.หกั เห

หมายเหตุ การสะทอ้ นและการหกั เห เป็นสมบตั ริ ่วมกนั ของคล่ืนและอนุภาค
การแทรกสอดและการเล้ยี วเบน เป็นสมบตั ิที่มีเฉพาะคล่ืน
โดยอนุภาค จะไมม่ ีสามารถแสดงสมบตั ิดงั กล่าวได้

PHYSICS M.5 52a
Physical optics I

แนวคดิ เกยี่ วกบั แสงเชิงคลน่ื
เซอร์ ไอแซก นิวตนั (Isaac Newton) นกั วิทยาศาสตร์คนสาคญั ของโลก
ไดเ้ สนอแนวคิดเก่ียวกบั แสงไวว้ ่า แสงเป็นอนุภาค
โดยมคี วามเช่ือวา่ แสงประกอบไปดว้ ยอนุภาคเลก็ ๆ ซ่ึงแสงสามารถ
สะทอ้ นได้ โดยเม่อื แสงเจอกบั ผิวตวั กลางแสงจะเกิดการสะทอ้ นคลา้ ยกบั การ
สะทอ้ นของลกู บอล เพราะ แสงประกอบไปดว้ ยเมด็ (อนุภาค) เลก็ ๆ
และอีกประการหน่ึง แสงสามารถหกั เหได้ โดยนิวตนั ไดท้ าการทดลอง
ให้แสงผา่ นปริซึม ซ่ึงทาให้แสงขาวกระจายออกมาเจ็ดสี

จึงเป็นขอ้ สรุปทว่ี า่ แสง เป็นอนุภาค ในยคุ สมยั น้นั เพราะเซอร์ ไอแซก
นิวตนั ถอื เป็นผมู้ ีชื่อเสียงและนกั วิทยาศาสตร์คนสาคญั ทีม่ ีอิทธิพลตอ่ แนวคิดทาง
วิทยาศาสตร์

PHYSICS M.5 52b
Physical optics I

แนวคดิ เกย่ี วกับแสงเชิงคล่ืน
คริสเตยี น ไฮเกนส์ (Christiaan Huygens) เป็นนกั คณิตศาสตร์ ดาราศาสตร์
และฟิสิกส์ ไดเ้ สนอว่า แสงเป็นคลืน่
โดยมแี นวคดิ ว่า แสงคลา้ ยกบั คลน่ื เสียง โดยมกี ารเคลื่อนทใี่ นลกั ษณะเดียวกบั
คลืน่ เสียงทีม่ าจากแหลง่ กาเนิด ขยบั ตวั ผา่ นตวั กลาง(อากาศ) และให้ความเห็นวา่
ถา้ เสียงสามารถเล้ยี วเบนได้ แสงกส็ ามารถเล้ียวเบนไดเ้ ช่นกนั แตป่ รากฏการณ์น้ี
ยากท่ีจะสงั เกตได้ เนื่องมาจากแสงน้นั มีความยาวคลนื่ ทส่ี ้ัน
ซ่ึงเขายงั อธิบาย เก่ียวกบั แสงไวอ้ กี ว่า แสงจะชา้ ลงเม่ือเคลอ่ื นทใ่ี นตวั กลางที่
หนาแน่นกว่า รวมถึงสร้าง Snell’s law ออกมา

จึงเป็นขอ้ สนบั สนุนท่วี ่า แสงเป็นคลื่น แตด่ ว้ ย บารมขี อง เซอร์ ไอแซก
นิวตนั ผมู้ ีช่ือเสียง ทาให้ทฤษฎีของคริสเตียน ไฮเกนส์ ไม่สามารถลบลา้ งความเช่ือ
ที่ วา่ แสงเป็นอนุภาคของ เซอร์ ไอแซก นิวตนั นิวตนั ได้

PHYSICS M.5 53a
Physical optics I

แนวคิดเก่ียวกบั แสงเชิงคลื่น
ธอมสั ยงั (Thomas young) นกั วิทยาศาสตร์และแพทย์ ชาวองั กฤษ
ไดท้ าการทดลองเก่ียวกบั แสง เพ่อื แสดงให้เห็นว่า แสงเป็นคลื่น
โดยการทดลองน้นั เป็นการทดลองท่ีแสดงการแทรกสอดของแสง
เพื่อเป็นการพสิ ูจน์ว่า แสงเป็นคล่ืน เช่นเดียวกนั กบั คล่นื น้า คลื่นเสียง
และคลน่ื ชนิดอน่ื ๆ

จึงเป็นขอ้ สนบั สนุนทวี่ า่ แสงเป็นคลื่น ทาให้แนวคิดเรื่องแสงเป็นคลืน่
ไดร้ ับการยอมรบั อยา่ งกวา้ งขวางมากข้นึ ซ่ึงทาให้เห็นว่า ในการศกึ ษาและ
อธิบายทางวทิ ยาศาสตร์น้นั หากเหตุผลหรือหลกั ฐานไม่สอดคลอ้ ง
แนวคดิ อ่ืนท่สี ามารถอธิบายไดน้ ้นั ก็จะเป็นท่ียอมรับในทส่ี ุด

PHYSICS M.5 53b
Physical optics I

แนวคดิ เกย่ี วกบั แสงเชิงคลื่น

Isaac Newton Christiaan Huygens Thomas young

จากการทดลองของ ธอ มสั ยงั ทาให้ทราบว่า แสงสามารถแสดงสมบตั ิ
ของคลน่ื ได้ และเกิดแนวคิดท่ีว่า แสงเป็นคลืน่

แตถ่ งึ อยา่ งไร แนวคดิ ทีว่ า่ แสงเป็นอนุภาคน้นั ก็ไม่ใช่แนวคิดท่ีผดิ
เพราะเมื่อศึกษาฟิสิกส์ในระดบั อะตอมตอ่ ไป พบวา่ แสงประพฤติตวั เป็นอนุภาค
ทาให้แสงน้นั ถอื เป็นทวภิ าพของคลืน่ และอนุภาค (Ware-Particle dualify)

PHYSICS M.5 54a
Physical optics II

การแทรกสอดของแสงผ่านสลิตคู่ (Double Slit)
เป็นการทดลอง โดยใหแ้ สงสีเดียวผ่านไปยงั ช่องแคบ 2 ช่อง
โดยถอื ว่า ช่องแคบ 2 ช่อง เป็นแหลง่ กาเนิดแสง S1 และ S2
เมอ่ื แสงผ่านช่องแคบ จะเกิดการเล้ียวเบนของแต่ละแหล่งกาเนิดแสง
จากน้นั จะเกิดการซอ้ นทบั กนั ทาให้เกิดริ้วของการแทรกสอดของแสง
ปรากฎเป็นแถบมดื แถบสวา่ ง บนฉาก

* การแทรกสอด เป็นการลกั ษณะของการซ้อนทบั ของคลน่ื ทม่ี จี ากตาแหน่ง
ทแี่ ตกตา่ งกนั หรือคนละแหล่งกาเนิด

PHYSICS M.5 54b

Physical optics II
แถบสว่างและแถบมืดของแสงผ่านสลิตคู่ (Double Slit)
แถบสวา่ งและแถบมืด เป็นผลมาจากการแทรกสอดของแสง

ที่ออกมาจากแหล่งกาเนิดแสง S1 และ S2
โดยจะเกิดแถบสวา่ งกลางอยบู่ ริเวณแนวกลางจากช่องเปิ ดท้งั สอง

ตามดว้ ยแถบมดื และแถบสวา่ งสลบั กนั ไป ซ่ึงขนาดของแถบสวา่ งและแถบมดื
จะมีขนาดเทา่ ๆกนั รวมถึงความเขม้ ของแถบสวา่ งทุกแถบจะเทา่ กนั

PHYSICS M.5 55a
Physical optics II

แถบสว่างของแสงผ่านสลิตคู่ (Double Slit)
แสง เมือ่ ผ่านสลติ คู่เคลอื่ นท่ีมาพบกนั จะเกิดการแทรกสอด
โดย ตาแหน่งปฏบิ พั จะเป็นแถบสวา่ ง

แทน ตาแหน่ง ปฏบิ พั (แถบสวา่ ง) ที่
แทน ระยะห่างระหวา่ งช่องสลิตท้งั สอง
แทน ระยะห่างระหว่างฉากกบั สลิต
แทน ระยะท่ีแถบสว่าง ห่างจากแนวกลาง
แทน มมุ ท่แี ถบสวา่ ง เบนออกจากแนวกลาง

PHYSICS M.5 55b
Physical optics II

แถบมืดของแสงผ่านสลิตคู่ (Double Slit)
แสง เม่ือผ่านสลติ คู่เคล่อื นที่มาพบกนั จะเกิดการแทรกสอด
โดย ตาแหน่งบพั จะเป็นแถบมดื

แทน ตาแหน่ง บพั (แถบมดื ) ที่
แทน ระยะห่างระหว่างช่องสลติ ท้งั สอง
แทน ระยะห่างระหว่างฉากกบั สลิต
แทน ระยะที่แถบมืด ห่างจากแนวกลาง
แทน มมุ ที่แถบมืด เบนออกจากแนวกลาง

PHYSICS M.5 56a
Physical optics II

โจทย์
สลิตคู่มชี ่องห่างกนั 600 ไมโครเมตร เม่ือใหแ้ สงผ่านสลติ คู่ เกิดการแทรกสอด
บนฉาก ซ่ึงฉากห่างจากสลิต 1 เมตร และแถบสว่างท่ี 3 อยหู่ ่างจากจุดก่ึงกลางของ
แถบสวา่ งกลาง 4 มิลลเิ มตร จงหาว่า แสงที่ผ่านสลติ คู่ มคี วามยาวคลนื่ เทา่ กบั เท่าใด
( 8 x 10-7 เมตร)

PHYSICS M.5 56b
Physical optics II

โจทย์
ช่องแคบสองช่อง ห่างกนั 0.3 มิลลิเมตร วางห่างจากฉาก 1 เมตร เมอื่ ฉายแสงที่มี
ความยาวคลน่ื 600 นาโนเมตร ในแนวต้งั ฉากให้ผา่ นช่องแคบไปยงั ฉาก
จงหาระยะทางของตาแหน่งแถบมืดแรกบนฉากท่ีห่างจากแนวก่ึงกลาง
มคี ่าเท่ากบั เท่าใด
( 1 x 10-3 เมตร)

PHYSICS M.5 57a
Physical optics II

โจทย์
แสงจากแหลง่ กาเนิดแสงอาพนั ธ์ 2 แหล่ง มีความยาวคลื่น 550 นาโนเมตร เดินทาง
ไปพบกนั ทีจ่ ดุ ๆ หน่ึงบนฉาก จงหาวา่ จดุ น้นั เป็นตาแหน่งของแถบสวา่ งหรือแถบมืด
อนั ดบั ท่เี ท่าใด เม่อื กาหนดให้ความต่างระยะทางเทา่ กบั 1,100 นาโนเมตร
( แถบสว่าง อนั ดบั ที่ 2 )

PHYSICS M.5 57b
Physical optics II

โจทย์
แสงจากแหลง่ กาเนิดแสงอาพนั ธ์ 2 แหลง่ มีความยาวคล่นื 550 นาโนเมตร เดินทาง
ไปพบกนั ทจ่ี ุด ๆ หน่ึงบนฉาก จงหาว่า จดุ น้นั เป็ นตาแหน่งของแถบสวา่ งหรือแถบมืด
อนั ดบั ทีเ่ ท่าใด เมือ่ กาหนดให้ความตา่ งระยะทางเท่ากบั 825 นาโนเมตร
( แถบมืด อนั ดบั ที่ 2 )

PHYSICS M.5 58a
Physical optics II
การแทรกสอดของแสงผ่านสลติ คู่ (Double Slit)

โจทย์
รูปใดต่อไปนี้แสดงถึงการกระจายตัวของความเข้มแสงของแสงเลเซอร์ผ่านสลิตคู่

PHYSICS M.5 58b
Physical optics II
การแทรกสอดของแสงผ่านสลติ คู่ (Double Slit)

โจทย์

PHYSICS M.5 59a
Physical optics III

การเลยี้ วเบนของแสงผ่านสลติ เดย่ี ว (Single Slit)

จาก ตามหลกั ของฮอยเกนส์ทกี่ ลา่ วไดว้ ่า ทกุ ๆ บนหนา้ คล่ืน อาจถอื
ไดว้ า่ เป็นตน้ กาเนิดคล่ืนใหม่ ซ่ึงปลอ่ ยคลน่ื เลก็ ๆ ออกไป รอบ ๆ คลืน่ เล็ก ๆ
จะมอี ตั ราเร็วและความถี่เทา่ กบั ของคลื่นเดิม

เมือ่ พจิ ารณา โดยให้แสงเคลอื่ นทีผ่ ่าน ช่องแคบเดี่ยว ตาแหน่งบนหนา้ คล่ืน
ของช่องแคบจะทาหนา้ ที่เป็นเสมือนแหล่งกาเนิดแสงใหม่ ซ่ึงทาให้แสงเกิดการ
ซอ้ นทบั กนั ท้งั แบบเสริมกนั และหักลา้ ง ซ่ึงจะทาใหเ้ กิดแถบสว่างและแถบมดื
ปรากฏบนฉากรับภาพ

โดยแถบสวา่ งและแถบมืด ท่ีเกิดข้ึนน้นั เป็นผลมาจากการทีแ่ สงเกิด
การเล้ียวเบนผ่านช่องแคบ และเกิดการซ้อนทบั กนั

PHYSICS M.5 59b
Physical optics III

การเลีย้ วเบนของแสงผ่านสลติ เดยี่ ว (Single Slit)
เมอ่ื แสงผา่ นสลติ เดี่ยว แสงจะเกิดการเล้ียวเบนและซอ้ นทบั กนั
ทาให้เกิดเป็นแถบมดื แถบสว่างบนฉากรบั
*การเล้ียวเบน เป็นการลกั ษณะของการซอ้ นทบั ของคล่ืนทม่ี จี ากตาแหน่ง
เดียวกนั หรือแหล่งกาเนิดแทจ้ ริงเดียวกนั

โดยแถบสว่างกลาง จะกวา้ งและมคี วามสวา่ ง (ความเขม้ ) สูงสุด
ส่วนแถบสวา่ งทอ่ี ยถู่ ดั ไปท้งั สองขา้ งจะมคี วามสว่าง(ความเขม้ ) ลดลงไปตามลาดบั
โดยช่องความกวา้ งของแถบสว่างกลางจะมคี ่าเป็นสองเทา่ ของแถบสวา่ งช่องอื่นๆ

PHYSICS M.5 60a
Physical optics III

ความสัมพันธ์ระหว่างแถบสว่างกับความกว้างของช่องสลติ เดีย่ ว (Single Slit)
เมือ่ ให้แสงเคล่ือนที่ผ่านสลติ เด่ียว ทีม่ ีระยะห่างระหวา่ งช่อง เทา่ กบั d

ถา้ ลดความกวา้ งของสลติ เด่ียวลง ขนาดของแถบสวา่ งกลางจะกวา้ งข้ึน

พจิ ารณา เมื่อแสงผา่ นช่องแคบทมี่ ีความกวา้ งเทา่ กบั d
จะทาให้เกิดแถบสว่างดงั รูป

แต่ เม่ือแสงผ่านช่องแคบทมี่ คี วามกวา้ งเทา่ กบั d มีความกว้างลดลง
จะทาให้เกิดแถบสว่างกลางที่ฉาก กว้างมากข้ึน

PHYSICS M.5 60b
Physical optics III

แถบมืดของแสงท่ีผ่านสลิตเดย่ี ว (Single Slit)
แสง เมื่อผา่ นสลิตเดี่ยว จะเกิดการเกิดการเล้ียวเบนและซ้อนทบั กนั
โดย ตาแหน่งบพั จะเป็นแถบมืด

แทน ตาแหน่งบพั (แถบมดื ) ที่ แทน ความกวา้ งของช่องสลิตเดี่ยว

แทน ระยะห่างระหว่างฉากกบั สลิต แทน ระยะท่ีแถบมืด ห่างจากแนวกลาง

แทน มมุ ทแี่ ถบมดื เบนออกจากแนวกลาง

ข้อสังเกต การคานวณแถบสว่างของแสงทผี่ า่ นสลติ เด่ียว จะไม่มีสูตรอยา่ งง่าย
สาหรับการคานวณ

PHYSICS M.5 61a
Physical optics III

โจทย์
ฉายแสงความยาวคล่ืน 500 นาโนเมตร ผ่านสลติ เดี่ยวที่มีช่องกวา้ ง 1 ไมโครเมตร
จงหาว่ามมุ ท่แี ถบมดื อนั ดบั ที่ 1 ทากบั เสน้ แนวกลาง มคี า่ กี่องศา
(30 องศา )

PHYSICS M.5 61b
Physical optics III

โจทย์
ฉายแสงความยาวคล่ืน 500 นาโนเมตร ผ่านสลติ เดี่ยวทมี่ ีช่องกวา้ ง 150 ไมโครเมตร
ปรากฏแถบสว่าง - แถบมดื บนฉากท่อี ยหู่ ่างออกไป 3 เมตร จงหาวา่ ความกวา้ งของ
แถบสวา่ งกลางเท่ากบั เท่าใด
(0.02 เมตร )

PHYSICS M.62a
Physical optics IV

การเลยี้ วเบนของแสงผ่านเกรตติง (grating)

เกรตติง (grating) คอื แผ่นท่ีมชี ่องแคบทมี่ คี วามกวา้ งเท่าๆ กนั และมี
ระยะห่างเทา่ ๆ กนั เป็น จานวนมาก ทาจากแผ่นแกว้ หรือแผ่นพลาสตกิ ใส
ขดี เป็นช่องเลก็ ๆและมีระยะห่าง ของแตล่ ะช่องเท่ากนั ๆ จานวนหลายพนั ช่อง
ต่อความกวา้ งหน่ึงเซนตเิ มตร

เกรตติงแบง่ ออกเป็นสอง ชนิด คือ เกรตตงิ ชนิดส่งผา่ นและเกรตติงชนิด
สะทอ้ นแสง (reflection grating) เช่น แผ่นซีดี,แผ่นดีวีดี

PHYSICS M.62b
Physical optics IV

การเลยี้ วเบนของแสงผ่านเกรตติง (grating)
ระยะห่างระหว่างเสน้ (ช่อง)ของเกรตตงิ จะใชส้ ัญลกั ษณ์

โจทย์
เกรตติงอนั หน่ึงมจี านวนเสน้ 500 เส้น/มลิ ลิเมตร
จงหาระยะห่างระหวา่ งเสน้ ในหน่วยเมตร
(2 x 10-6 m )

โจทย์
เกรตตงิ อนั หน่ึงมีจานวนช่อง 10,000 ช่องต่อเซนติเมตร
จงหาระยะห่างระหว่างช่องในหน่วยเมตร
( 10-6 m )

PHYSICS M.63a
Physical optics IV

การเลยี้ วเบนของแสงผ่านเกรตตงิ (grating)
เม่อื แสงขาวผา่ นเกรตติง แสงขาวจะเล้ยี วเบนและแทรกสอดโดยแถบ
สว่างตรงกลางจะเป็นแถบว่างสีขาว ส่วนแถบทเ่ี บนจากแนวกลางออกไป
จะมีการแยกสเปกตรมั สีต่างๆอยใู่ นแถบสวา่ งน้นั
โดยแสงที่เบนจากแนวกลางมากทสี่ ุด คอื แสงสีแดง และแสงที่เบน
จากแนวกลางนอ้ ยท่ีสุดคอื แสงสีม่วง

PHYSICS M.63b
Physical optics IV

แถบสว่างของแสงที่ผ่านเกรตตงิ (grating)
เมอื่ แสงขาวผ่านเกรตติง จะเกิดการเล้ียวเบนและแทรกสอด
โดย ตาแหน่งปฏบิ พั จะเป็นแถบสวา่ ง

แทน ตาแหน่ง ปฏิบพั (แถบสว่าง) ที่
แทน ระยะห่างระหวา่ งฉากกบั เกรตติง
แทน ระยะท่ีแถบสวา่ ง ห่างจากแนวกลาง
แทน มุมท่แี ถบสว่าง เบนออกจากแนวกลาง
แทน ระยะห่างระหว่างช่องของเกรตติง

PHYSICS M.5 64a
Physical optics III

โจทย์
แสงความยาวคลนื่ 625 นาโนเมตร เมือ่ ผ่านเกรตตงิ แถบสว่างอนั ดบั ที่ 2 เบน
ไปจากแนวแถบสว่างกลางเป็นมมุ 30 องศา ดงั รูป

จงหาจานวนช่องต่อเซนติเมตรของเกรตติงท่ีใช้
(4,000 ช่อง )

PHYSICS M.5 64b
Physical optics III

โจทย์
ฉายแสงความยาวคลืน่ เดียวตกกระทบในแนวต้งั ฉากกบั เกรตตงิ ที่มีจานวนช่อง
10,000 ช่องตอ่ เซนตเิ มตร เกิดแถบสวา่ งที่ 1 ทามุม 30 องศากบั แนวกลาง ถา้ เกรตติง
อยหู่ ่างจากฉาก 50 เซนตเิ มตร จงหาว่าแถบสว่างที่ 1 อยหู่ ่างจากแนวกลางเป็นระยะ
เท่าใดในหน่วยเซนตเิ มตร
( 29 เซนติเมตร)

Hint: tan

PHYSICS M.5 65a
Geometrical optics I

แสงเชิงรังสี
เป็นการศึกษาแสงโดยใชค้ วามรู้จากวิชาเรขาคณิต โดยวเิ คราะห์ลกั ษณะการ

เคล่ือนท่ีของแสงท่ีเป็นเสน้ ตรง มีขอบคมชดั เจน โดยไม่พจิ ารณาผลจากการแทรกสอด
หรือการเล้ยี วเบนของแสง

ในการศกึ ษาแสงเชิงรังสีน้นั จะศึกษาเก่ียวกบั ปรากฏการณ์การสะทอ้ นของ
แสงและการหกั เหของแสง การมองเห็นของมนุษย์ ท้งั การเห็นภาพและแสงสีต่างๆ

กาหนดให้ เส้นตรงทมี่ ีหัวลกู ศร ซ่ึงแสดงทิศทางการเคลื่อนของแสง
เรียกว่า รงั สีของแสง (light ray) หรือเรียกส้นั ๆว่า รังสี (ray)

โดย รังสีของแสงแบ่งเป็น 3 แบบ คือ

รังสีขนาน รังสีลเู่ ขา้ รังสีล่อู อก

หมายเหตุ ความสมั พนั ธ์ระหว่างรังสีกบั หนา้ คลืน่

PHYSICS M.5 65b
Geometrical optics I

การสะท้อนของแสง (reflection of light)
สมบตั กิ ารสะท้อนของแสง
เม่ือแสงเดินทางตกกระทบกบั วตั ถุ(ผวิ สะทอ้ น) แสงจะเกิดการสะทอ้ น โดยเรียก
สิ่งทเี่ กิดข้ึนวา่ ปรากฏการณ์การสะทอ้ นของแสง

กฏการสะท้อนของแสง
1. มุมตกกระทบเท่ากบั มุมสะทอ้ น
2. รงั สีตกกระทบ เส้นแนวฉาก รังสีสะทอ้ น จะอยใู่ นระนาบเดียวกนั

PHYSICS M.5 66a
Geometrical optics I

การสะท้อนของแสงในกรณีต่างๆ
กรณี แสงตกกระทบกบั วตั ถุ (ผวิ สะทอ้ น) เรียบ

กรณี แสงตกกระทบกบั วตั ถุ (ผวิ สะทอ้ น) ขรุขระ

PHYSICS M.5 66b
Geometrical optics I

โจทย์
ถา้ ยงิ เลเซอร์จากผนงั ดา้ นหน่ึงของห้องไปกระทบกระจกเงาราบที่แขวนไวท้ ี่ผนงั
อีกดา้ นหน่ึง ทอ่ี ยหู่ ่างออกไป 3 เมตร โดยแสงเลเซอร์มีมุมตกกระทบกบั กระจก
เท่ากบั 30 องศา จงหาว่าแสงที่สะทอ้ นกลบั มาจะกระทบผนงั ห่างจากบริเวณท่ี
แหลง่ กาเนิดแสงเลเซอร์ต้งั อยู่เป็นระยะทางเทา่ ใด
(3.46 เมตร)

PHYSICS M.5 67a
Geometrical optics II

การหกั เหของแสง (refraction of light)
เมอ่ื แสงเดินทางจากตวั กลางหน่ึงไปอีกตวั กลางหน่ึง แสงจะเปลีย่ นแนวทางไป
จากเดิม โดยเรียกส่ิงท่ีเกิดข้นึ วา่ ปรากฏการณ์การหักเหของแสง

หมายเหตุ แสงจะเคล่ือนท่ีเร็วหรือชา้ ข้นึ อยกู่ บั ความหนาแน่นของตวั กลาง
- ถา้ เคลื่อนท่ีในตวั กลางทม่ี ีความหนาแน่นมาก แสงจะเคล่ือนที่ช้า
- ถา้ เคล่ือนที่ในตวั กลางท่ีมีความหนาแน่นน้อย แสงจะเคล่ือนท่ีเร็ว

PHYSICS M.5 67b
Geometrical optics II

ดรรชนหี กั เหของตวั กลาง ( n )
ดรรชนีหกั เหของตวั กลาง คอื อตั ราส่วน ความเร็วของแสงในสุญญากาศ ( c )
ต่อความเร็วของแสงในตวั กลางน้นั ( V )

ดงั ความสมั พนั ธ์

เม่ือให้แสงเคลอ่ื นที่ผา่ นตวั กลางหน่ึงไปยงั อีกตวั กลางหน่ึง จะพบวา่

ดรรชนีหกั เหในตวั กลางที่หน่ึง เทา่ กบั จะไดว้ ่า

ดรรชนีหกั เหในตวั กลางท่ีสอง เทา่ กบั จะไดว้ า่

จากกฏของสเนลล์

เม่ือ

จะไดว้ า่

ดงั น้นั
หมายเหตุ ดรรชนีหกั เห ไมม่ หี น่วย

PHYSICS M.5 68a
Geometrical optics II

สมบัติการหกั เหของแสง
เมื่อแสงเคล่อื นทผ่ี ่านตวั กลางท่ีมีดรรชนีหกั เหในตวั กลางคา่ หน่ึง ไปยงั ตวั กลาง
ที่มีดรรชีหักเหในตวั กลางอีกคา่ หน่ึง แสงจะเกิดการหกั เห โดยจะเป็นไปตาม
กฏการหกั เหของแสง

กฏการหกั เหของแสง
1.
2. รังสีตกกระทบ เสน้ แนวฉาก รงั สีหกั เห จะอยใู่ นระนาบเดียวกนั
สูตรท่ีใช้ในการคานวณการหักเหของแสง

หมายเหตุ ดรรชนีหักเหของอากาศ เทา่ กบั 1
ดรรชนีหกั เหของแกว้ เท่ากบั 1.5
ดรรชนีหกั เหของน้า เท่ากบั 1.33

PHYSICS M.5 68b
Geometrical optics II

โจทย์
ถา้ แสงตกกระทบแท่งแกว้ ทม่ี ีดรรชนีหักเห 1.5
ทมี่ ีความหนาแน่นสม่าเสมอดว้ ยมมุ ตกกระทบ 30o
ดงั รูป แสงจะหักเหออกจากแทง่ แกว้
ดว้ ยมุมหกั เหเทา่ ใด
กาหนดใหแ้ ทง่ แกว้ น้ีวางอยใู่ นอากาศ
ท่มี ดี รรชนีหักเหเทา่ กบั 1
( 30o )

PHYSICS M.5 69a
Geometrical optics II

มมุ วกิ ฤตและการสะท้อนกลับหมด

มมุ วิกฤต คือ มุมตกกระทบทีท่ าให้มุมหักเหเป็น 90o
การสะทอ้ นกลบั หมด คือ การท่ีแสงเคลือ่ นที่จากตวั กลางทม่ี ีดรรชนี
หกั เหมาก ไปตวั กลางทม่ี ีดรรชนีหักเหนอ้ ย โดยมมี ุมของรงั สีตกกระทบมีขนาด
ใหญ่กวา่ มุมวกิ ฤต ซ่ึงจะทาให้ไมม่ ีรังสีหกั เห มีแต่รังสีสะทอ้ น

- มมุ ตกกระทบ < มุมวิกฤต : แสงจะเกิดการหักเหตามปกติได้
- มุมตกกระทบ = มุมวกิ ฤต : แสงเร่ิมจะเกิดการสะทอ้ นกลบั หมด

- มมุ ตกกระทบ > มุมวิกฤต ทาใหม้ ุมหกั เหเป็น 90o
: แสงจะเกิดการสะทอ้ นกลบั หมด

PHYSICS M.5 69b
Geometrical optics II

การกระจายของแสง

เมอื่ ให้แสงขาวผ่านปริซึม จะพบว่า แสงท่ีหักเหออกจากปริซึม
จะไม่เป็นแสงขาว แต่จะมีแสงสีต่างๆปรากฏบนฉาก ปรากฏการณ์น้ีเรียกว่า
การกระจายของแสง (dispersion of light)

PHYSICS M.5 70a
Geometrical optics III

การมองเหน็
การมองเห็นวตั ถุ เกิดจากการทแ่ี สงตกกระทบสิ่งต่างๆ แลว้ เกิดการสะทอ้ น

เขา้ สู่ตาเรา ทางเลนส์ตา (Lens) ผ่านเขา้ มาในลกู ตา ทาให้เกิดภาพบนเรตนิ า (Retina)
ทอ่ี ยดู่ า้ นหลงั ของลกู ตา แลว้ ส่งขอ้ มลู ของวตั ถุทมี่ องเห็นผา่ นเส้นประสาท (Optic nerve)
ไปสู่สมอง สมองจะทาการแปลขอ้ มูลเป็นภาพของวตั ถุน้นั ๆ

PHYSICS M.5 70b
Geometrical optics III

การเกิดภาพ ( Image )
ภาพเกิดจากรงั สีของแสงตดั กนั จริงหรืออาจเกิดจากการลากเส้นสมมตุ ขิ อง
รังสีของแสงใหม้ าตดั กนั โดยสาหรบั กรณีของภาพที่เกิดข้ึน สามารถแบ่งออก
ไดเ้ ป็น 2 ชนิด

1.ภาพจริง ( Real Image )
ภาพจริง เกิดจากการตดั กนั ของรงั สีจริง ภาพชนิดน้ีมลี กั ษณะเป็นภาพหวั กลับ
สามารถนาฉากมารับภาพได้

2.ภาพเสมือน ( Virtual Image )
ภาพเสมอื น เกิดจากการตดั กนั ของรงั สีเสมือน โดยการลากเสน้ สมมตุ ติ อ่ แนว
รังสีเดิมเพอื่ ใหม้ าตดั กนั ภาพชนิดน้ีจะมลี กั ษณะเป็น ภาพหวั ต้งั โดยไม่สามารถ
นาฉากมารับได้

PHYSICS M.5 71a
Geometrical optics III

การเกดิ ภาพ
ภาพ (image) คือ สิ่งที่ปรากฏแก่นยั นต์ า โดยเกิดจากรังสีของแสงท่ีเปลง่
ออกจากวตั ถุเขา้ สู่ตา ทาใหส้ มองแปลความหมายเป็นวตั ถุน้นั ๆ
สาหรับรังสีของแสงที่เขา้ สู่ตาของเราแลว้ ทาใหเ้ กิดภาพน้นั ไมจ่ าเป็น
ตอ้ งเป็นรังสีของแสงที่เขา้ สู่ตาเราโดยตรงเทา่ น้ัน อาจเป็นรังสีของแสงท่ีมาจาก
การสะทอ้ นหรือรังสีของแสงท่ีเกิดจากการหักเห ไดเ้ ช่นกนั

1.ภาพทเ่ี กดิ จากการสะท้อน

การเกิดภาพของจากรังสีของแสงทมี่ าจากการสะทอ้ นของกระจกเงาราบ

PHYSICS M.5 71b
Geometrical optics III

2. ภาพที่เกิดการหกั เห

การมองวตั ถุโดยตรง การมองวตั ถผุ า่ นน้า

จากรูป จะสังเกตเห็นว่า ภาพท่ีเกิดข้นึ จะอยตู่ ้นื กว่าวตั ถุจริง ซ่ึงภาพที่เกิดน้นั
เป็นผลมาจาก การทรี่ งั สีของแสงเกิดการหกั เหเบนจากแนวเดิมเขา้ สู่ตาของเรา

PHYSICS M.5 72a
Geometrical optics III

ลกึ จริง - ลกึ ปรากฏ

ความลึกปรากฏ ( Apparent Depth) : s'
- ระยะที่วดั ต้งั ฉากจากผิวรอยตอ่ ของการหกั เหไปยงั ตาแหน่งที่เกิดภาพ

ความลกึ จริง ( Real Depth) : s
- ระยะที่วดั ต้งั ฉากจากผวิ รอยต่อของการหักเหไปยงั ตาแหน่งที่วตั ถุอยู่

การคานวณหาความลกึ จรงิ - ความลึกปรากฏ

เมือ่ n1 คือ ดรรชนีหักเหของตวั กลางท่ีวตั ถุอยู่
n2 คอื ดรรชนีหักเหของตวั กลางท่ีผสู้ ังเกตอยู่

PHYSICS M.5 72a
Geometrical optics III

โจทย์
ปลาอยใู่ นน้าที่ระดบั ความลกึ จากผวิ น้า 0.20 เมตร ความลึกปรากฏของปลาเป็นเทา่ ใด
เมื่อผสู้ ังเกตมองปลาในแนวดิ่งตรงกบั ตวั ปลา
กาหนดให้ ดรรชนีหักเหของอากาศ เท่ากบั 1.00

ดรรชนีหกั เหของน้า เท่ากบั 1.33
( 0.15 เมตร )

PHYSICS M.5 73a
Geometrical optics III

โจทย์
ถา้ ปลาตวั หน่ึงมองนกอินทรีทีบ่ ินอยใู่ นอากาศจากผวิ น้า 20.00 เมตร ปลาจะเห็น
นกอินทรีสูงจากผวิ น้าเทา่ ใด
กาหนดให้ ดรรชนีหกั เหของอากาศ เท่ากบั 1.00

ดรรชนีหกั เหของน้า เทา่ กบั 1.33
( 26.60 เมตร )

PHYSICS M.5 73b
Geometrical optics III

โจทย์ (เพมิ่ เตมิ กรณี มองเอียงๆทามมุ )

PHYSICS M.5 74a
Geometrical optics IV
การเกิดภาพจากกระจก

กระจก เป็นอปุ กรณ์ท่ีสามารถรับแสงจากแสงทส่ี ่องมากระทบ และส่งต่อ
รงั สีสะทอ้ นไปยงั ผสู้ งั เกต โดยแสงที่ส่งตอ่ จะเคล่ือนที่โดยใชส้ มบตั ิการสะทอ้ น
ซ่ึงจะทาใหเ้ กิดภาพ โดยภาพที่เกิดข้ึน สามารถเกิดไดท้ ้งั ภาพจริงและภาพเสมอื น
ข้นึ อยกู่ บั โครงสร้างของกระจก โดยแบง่ เป็น
1.กระจกเงาราบ
2.กระจกโคง้ ทรงกลม ซ่ึงสามารถแบ่งไดอ้ อก 2 ชนิด

2.1 กระจกเวา้ (Concave mirrors)
2.2 กระจกนูน (Convec mirrors)

- กระจกเงาราบ คอื กระจกแบนราบหรือกระจกเงาระนาบ
ซ่ึงมดี า้ นหน่ึงสะทอ้ นแสง อกี ดา้ นฉาบดว้ ยเงนิ หรือปรอท

- กระจกเวา้ คือ กระจกท่ีมีผิวโคง้ ภายในทรงกลมเป็นผิวสะทอ้ นแสง
- กระจกนูน คอื กระจกที่มีผิวโคง้ ดา้ นนอกทรงกลมเป็นผวิ สะทอ้ นแสง

PHYSICS M.5 74b
Geometrical optics IV
คาศัพท์ในเร่ืองกระจก

จดุ ศูนย์กลางความโค้ง ( C )

จุดยอดหรือข้วั กระจก ( V )

แกนมขุ สาคัญ : เสน้ ตรงที่ลากผา่ นจดุ ศูนยก์ ลางความโคง้ กบั ข้วั กระจก

รัศมคี วามโค้ง ( R ) : ระยะจากจดุ ศนู ยก์ ลางความโคง้ ( C ) ถึงข้วั กระจก ( V )

จดุ โฟกัส ( F ) : จุดทอี่ ยู่ระหว่างกลาง ของรศั มคี วามโคง้ ของกระจก

ความยาวโฟกัส ( f ) : ระยะจากจุดข้วั กระจกถงึ จดุ โฟกสั ( F )

ระยะวตั ถุ (S) : ระยะจากวตั ถไุ ปต้งั ฉากกบั ผวิ กระจก

ระยะภาพ (S′) : ระยะจากภาพไปต้งั ฉากกบั ผิวกระจก

PHYSICS M.5 75a
Geometrical optics IV
การเกดิ ภาพจากกระจก
กรณี การเกดิ ภาพจากกระจกเงาราบ
ภาพท่เี กิดจากกระจกเงาราบ 1 บาน จะมีลกั ษณะดงั น้ี
1. เป็นภาพเสมือน หัวต้งั เหมือนวตั ถุ โดยภาพจะเกิดอยหู่ ลงั กระจก
2. ขนาดของภาพ = ขนาดของวตั ถุ
3. ระยะภาพ = ระยะวตั ถุ
4. ภาพทเี่ กิดข้ึนมลี กั ษณะกลบั ซา้ ยเป็นขวา และขวาเป็นซ้าย

PHYSICS M.5 75b
Geometrical optics IV
โจทย์
จากรูป จงเขียนเส้นรังสี ทที่ าใหเ้ กิดภาพ(คนนง่ั )

วธิ ีทา

คาแนะนา แนวทางเขียนเสน้ รงั สี