วัตถุที่แสงตกกระทบจะเรียกว่า ตัวกลาง ตัวกลางที่ยอมให้แสงผ่านได้ทั้งหมด เรียกว่าตัวกลางโปร่งใส เช่น แก้ว อากาศ น ้า ส่วนตัวกลางที่แสงผ่านได้บางส่วน และเมื่อผ่านไปแล้วแสงจะกระจายออกไปทุกทิศทาง เรียกว่า ตัวกลางโปร่งแสง เช่น กระดาษไข กระจกฝ้า ถ้าตัวกลางใดแสงไม่สามารถผ่านได้ เรียกว่า วัตถุทึบแสง เช่น ก้อนหิน แท่งไม้ หนังสือ การเกิดเงาของวัตถุ การเกิดเงาของวัตถุ 1. แสงเคลื่อนที่โดยไม่ต้องอาศัยตัวกลางเช่น เคลื่อนที่ในสุญญากาศได้ 2. เมื่อแสงตกกระทบวัตถุ แสงส่วนหนึ่งจะสะท้อน หักเห (หรือส่งผ่าน) และบางส่วนจะถูกดูดกลืนในวัตถุ 3. แสงจะเกิดการหักเหเมื่อเดินทางผ่านตัวกลางโปร่งใสที่มีความหนาแน่น ต่างกัน # สมบัติของแสง แหล่งก าเนิดแสงขนาดเล็กหรือเป็นจุด แหล่งก าเนิดแสงขนาดใหญ่ -149-
การสะท้อนของแสง การสะท้อนของแสง (reflection of light) เกิดจากแสงเดินทางไปตก กระทบกับผิวของวัตถุที่แสงไม่สามารถเดินทางผ่านได้ ท าให้แสงที่ตกกระทบผิว ของวัตถุนั้น ๆ เกิดการสะท้อนกลับหมด ลักษณะการสะท้อนของแสงจะสะท้อน กลับมากหรือน้อย จะขึ้นอยู่กับลักษณะของผิวของวัตถุที่แสงตกกระทบ ผิวเรียบเป็นมัน ผิวขรุขระ กฎการสะท้อนของแสง การสะท้อนของแสง ไม่ว่าจะเป็นการสะท้อนจากวัตถุผิวเรียบ เป็นมันหรือผิวขรุขระ เมื่อพิจารณาที่จุดจุดหนึ่งบนผิววัตถุ จะเป็นไป ตามกฎการสะท้อนของแสง ดังนี้ ผิวราบ ผิวโค้งนูน ผิวโค้งเว้า 1. มุมตกกระทบจะมีค่าเท่ากับมุมสะท้อน (θi = θr) 2. รังสีตกกระทบ รังสีสะท้อน และเส้นแนวฉาก จะอยู่ในระนาบเดียวกัน -150- -136-
-151- รังสีแสงที่มีทิศเข้าหากระจกเรียกว่า รังสีตกกระทบ incident ray) ส่วนรังสีแสงที่มี ทิศออกจากกระจกเรียกว่า รังสีสะท้อน (reflected ray) เส้นสมมุติที่ลากตั้งฉากกับ ผิวสะท้อน ณจุดที่แสงตกกระทบ คือ เส้นปกติ(normal line) มุมระหว่างรังสีตกกระทบ กับเส้นปกติ เรียกว่า มุมตกกระทบ (incident angle) (θi ) และมุมระหว่างรังสีสะท้อน กับเส้นปกติเรียกว่า มุมสะท้อน (reflection angle) (θr ) การสะท้อนของแสงบนกระจกเงาราบ การเกิดภาพจากกระจกเงา ภาพ (image) เกิดจากการตัดกันหรือเสมือนตัดกันของรังสีของแสงที่สะท้อนมาจากกระจก หรือหักเหผ่านเลนส์ แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ 1. ภาพจริง เกิดจากรังสีของแสงตัดกันจริง (เกิดภาพด้านหน้ากระจก หรือหลังเลนส์) ต้องมี ฉากมารับจึงจะมองเห็นภาพ ลักษณะภาพหัวกลับกับวัตถุ มีทั้งขนาดใหญ่กว่าวัตถุ เท่ากับวัตถุ และเล็กกว่าวัตถุ ซึ่งขนาดภาพจะสัมพันธ์กับระยะวัตถุ เช่น ภาพที่ปรากฏบนจอภาพยนตร์ 2. ภาพเสมือน เกิดจากรังสีของแสงเสมือนตัดกัน (เกิดภาพด้านหลังกระจกหรือหน้าเลนส์) มองเห็นภาพได้โดยไม่ต้องใช้ฉากรับภาพ ภาพมีลักษณะหัวตั้งเหมือนวัตถุ เช่น ภาพที่เกิดจาก แว่นขยาย
-152- ภาพจากกระจกผิวโค้ง กระจกโค้งมี 2 แบบ คือ กระจกโค้งเว้า และกระจกโค้งนูน กระจกโค้ง เป็นส่วนหนึ่งของผิวทรงกลมที่ถูกตัดออก เมื่อฉาบผิวด้านนูนด้วยปรอทโดยใช้ ด้านเว้าสะท้อนแสง เรียกว่า กระจกเว้า เมื่อฉาบผิวด้านเว้าด้วยปรอทโดยใช้ ด้านนูนสะท้อนแสง เรียกว่า กระจกนูน และจุดศูนย์กลางของทรงกลม เรียกว่า จุดศูนย์กลางความโค้งของกระจก(C) กึ่งกลางของความโค้งของกระจกจะเรียกว่า ขั้วกระจก (P) ส่วนประกอบที่ส าคัญอื่น ๆของกระจกโค้ง มีดังนี้ กระจกเว้า กระจกนูน
การเขียนภาพจากกระจกเงาโค้ง กระจกเงาเว้า กระจกเงานูน ลากเส้นรังสีตกกระทบจากปลายวัตถุถึงผิวกระจก โดยให้ขนานกับเส้นแกนมุข ส าคัญ จะได้รังสีสะท้อนจากผิวกระจกผ่านไปยังจุดโฟกัส (F) กระจกเงาเว้า กระจกเงานูน ลากเส้นรังสีตกกระทบจากปลายวัตถุผ่านจุดศูนย์กลางความโค้ง (C) ถึงผิวกระจก จะได้รังสีสะท้อนจากผิวกระจกย้อนกลับไปยังทิศทางเดิม -153-
กระจกเงาเว้า กระจกเงานูน ลากเส้นรังสีตกกระทบจากปลายวัตถุผ่านจุดโฟกัส (F) ถึงผิวกระจก จะได้รังสีสะท้อนจากผิว กระจก ซึ่งขนานกับเส้นแกนมุขส าคัญ เมื่อลากเส้นรวมทั้งหมดแล้ว จุดตัดของรังสีที่สะท้อนหรือ จุดที่สามารถลากเส้นเสมือนตัดกัน จุดนั้นจะเป็นจุดที่เกิดภาพขึ้น ภาพ ภาพ วัตถุ C F วัตถุ F C 1 ถ้าตั้งวัตถุไว้ที่ระยะที่ มากกว่าจุดศูนย์กลางของ ความโค้ง (C) จะท าให้เกิด ภาพจริงหัวกลับที่มีขนาด เล็กกว่าวัตถุ 2 ถ้าตั้งวัตถุไว้ที่ระยะระหว่าง จุดโฟกัส (F) และจุด ศูนย์กลางของความโค้ง (C) ท าให้เกิดภาพจริงหัวกลับที่ มีขนาดใหญ่กว่าวัตถุ 3 ถ้าตั้งวัตถุไว้ที่ระยะ น้อยกว่าจุดโฟกัส (F) จะท าให้เกิด ภาพเสมือนหัวตั้งที่มี ขนาดใหญ่กว่าวัตถุ # ลักษณะการเกิดภาพจากกระจกเงาโค้ง กระจกเงาเว้า วัตถุ วัตถุ ภาพ วัตถุ C F ภาพ C F ภาพ C F -154-
# ลักษณะการเกิดภาพจากกระจกเงาโค้ง กระจกเงานูน ไม่ว่าจะอยู่ต าแหน่งใดของกระจก ภาพที่เกิดจากกระจกเงานูน จะได้เพียงชนิดเดียว คือ ภาพเสมือนหัวตั้งขนาดเล็กกว่าวัตถุ ภาพ -155- การหักเหของแสง (refraction) • เมื่อแสงเคลื่อนที่จากตัวกลางหนึ่งไปสู่อีกตัวกลางหนึ่ง แสงจะสะท้อนกลับไป ยังตัวกลางเดิม และบางส่วนจะเคลื่อนที่ผ่านเข้าไปในตัวกลางใหม่ด้วย อัตราเร็วและทิศทางการเคลื่อนที่ของแสงที่เปลี่ยนแปลงไป • การหักเหของแสงจะเบนมากหรือน้อย ขึ้นอยู่กับความ หนาแน่นของตัวกลางที่แสงเคลื่อนที่ผ่าน
ดรรชนีหักเห • เป็นอัตราส่วนระหว่างอัตราเร็วแสงในสุญญากาศกับอัตราเร็ว แสงในตัวกลางใด ๆ ในการหักเหของแสง ดรรชนีหักเหของ วัตถุแต่ละชนิดจะสัมพันธ์กับอัตราเร็วของแสง ที่เปลี่ยนไปตามความหนาแน่นของตัวกลาง เมื่อวางหลอดน ้าลงในแก้วที่มีน ้าอยู่ จะเห็นส่วนของหลอดน ้าที่จมอยู่ในน ้าโค้งงอ และมีขนาดใหญ่กว่าส่วนที่อยู่เหนือน ้า เพราะ แสงจากหลอดน ้าเกิดการหักเหขณะเคลื่อนที่ ผ่านอากาศและน ้าเข้าสู่ตา # การสะท้อนกลับหมดของแสง การสะท้อนกลับหมด เป็นปรากฏการณ์ของการสะท้อนและการหักเหของแสง เมื่อให้แสง ตกกระทบตามรังสีตกกระทบ A มุมตกกระทบจะเท่ากับ θA ซึ่งรังสี A′ คือ รังสีหักเห • มุมตกกระทบที่ท าให้มุมหักเหท ามุม 90 องศากับเส้นแนวฉาก เรียกว่า มุมวิกฤต ถ้า เพิ่มขนาดของมุมตกกระทบให้ใหญ่ขึ้นกว่า มุมวิกฤตจะไม่มีรังสีหักเหเกิดขึ้น แต่จะ เห็นรังสีสะท้อนแทน เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า เกิดการสะท้อนกลับหมด การเพิ่มขนาดมุมตกกระทบให้ใหญ่ขึ้นจน เป็นมุมวิกฤต จะได้รังสีตั้งฉากกับเส้นแนวฉาก การเพิ่มขนาดมุมตกกระทบให้ใหญ่กว่า มุมวิกฤตจะเกิดการสะท้อนกลับหมดของแสง A′ B′ B′ B A B C C′ θBθA θB เส้นแนวฉาก เส้นแนวฉาก -156-
ตาราง ดรรชนีหักเห และความเร็วแสงในตัวกลางชนิดต่าง ๆ ส าหรับแก้ว จะมีดรรชนีหักเหอยู่ระหว่าง 1.48 ถึง 1.96 ซึ่งขึ้นอยู่กับ ส่วนประกอบที่น ามาผลิตแก้ว จากตารางจะพบว่า ตัวกลางที่มีความหนาแน่นมาก ความเร็วแสงที่ เคลื่อนที่ผ่านตัวกลางนั้นจะน้อย แต่ค่าดรรชนีหักเหของตัวกลางจะมาก ซึ่งค่าดรรชนี หักเหของแสงสามารถค านวณได้จาก n c v คือ คือ คือ ค่าดรรชนีหักเหของตัวกลางใด ๆ ความเร็วแสงในสุญญากาศ ความเร็วแสงในตัวกลางนั้น เมื่อ 8 = = = C V แสงเคลื่อนที่ผ่านแอลกอฮอล์ด้วยความเร็ว 2.21 x 10 เมตรต่อวินาที แอลกอฮอล์มีค่าดรรชนีหักเหเท่าไร n n n วิธีท า จากสูตร ตัวอย่าง ดังนั้น ดรรชนีหักเหของแอลกอฮอล์เท่ากับ 1.36 3 x 10 2.21 x 108 1.36 8 -157-
-158- การเกิดภาพจากเลนส์ เลนส์ (lens) คือ วัตถุโปร่งใสผิวโค้งด้านหนึ่งหรือโค้งทั้ง 2 ด้าน เมื่อแสง จากวัตถุหักเหผ่านเลนส์ ก็จะท าาให้เกิดภาพ จ าแนกตามลักษณะได้ 2 ชนิด คือ เลนส์นูน และเลนส์เว้า 1. มีลักษณะตรงขอบเลนส์บางกว่าตรงกลางเลนส์ 2. มีผิวด้านโค้งนูนรับแสง 3. มีหน้าที่รวมแสง 4. ให้ภาพได้ทั้งภาพจริงและภาพเสมือน 5. ใช้ท าแว่นสายตาส าหรับคนสายตายาว ท าแว่น ขยายเป็น ส่วนประกอบของกล้องถ่ายรูปและกล้องส่องทางไกล เลนส์นูน 1. มีลักษณะตรงกลางเลนส์บางกว่าตรงขอบของเลนส์ 2. มีผิวด้านโค้งเว้ารับแสง 3. มีหน้าที่กระจายแสง 4. ให้ภาพเสมือนเท่านั้น 5. ใช้ท าาแว่นสายตาส าหรับคนสายตาสั้น เลนส์เว้า เมื่อน าเลนส์นูนไปรับแสงอาทิตย์ซึ่งเป็นแสงขนานแบบหนึ่งจะเกิดเป็นจุดสว่าง ด้านหลังเลนส์เรียกว่า จุดรวมแสง หรือจุดโฟกัส โดยระยะห่างจากจุดรวมแสงถึงเลนส์ เรียกว่า ความยาวโฟกัส เมื่อวางวัตถุไว้ที่ระยะสั้นกว่าความยาวโฟกัสของเลนส์นูนจะ เกิดภาพเสมือนขนาดขยาย ซึ่งสามารถน าไปใช้ประโยชน์ในการท าทัศนอุปกรณ์ต่าง ๆ ในกรณีของเลนส์เว้าซึ่งเป็นเลนส์กระจายแสง เมื่อน าเลนส์เว้าไปรับแสงขนาน จะพบว่า แสงขนานนั้นจะกระจายออกจากจุดจุดหนึ่ง โดยถ้าลากเส้นต่อแนวรังสีที่กระจายออก นั้นให้ยาวขึ้นแนวรังสีนี้จะตัดกันที่จุดดังกล่าวและเรียกจุดนี้ว่า จุดโฟกัสของเลนส์เว้า
# การเขียนต าแหน่งภาพจากเลนส์ เลนส์นูน เลนส์เว้า 1.วาดรูปวัตถุในแนวตั้งบนแกนมุขส าคัญ 1.วาดรูปวัตถุในแนวตั้งบนแกนมุขส าคัญ 2.ลากรังสีเส้นหนึ่งจากวัตถุให้ตกกระทบเส้นแนว กึ่งกลางเลนส์โดยขนานกับแกนมุขส าคัญ 2.ลากรังสีเส้นหนึ่งจากวัตถุให้ตกกระทบเส้นแนว กึ่งกลางเลนส์โดยขนานกับแกนมุขส าคัญ 3. รังสีหักเหผ่านจุด F 3. รังสีหักเหจะกระจายออก โดยแนวของรังสีหักเห จะผ่านจุด F 4. ลากรังสีอีกเส้นหนึ่งจากวัตถุให้ตกกระทบเลนส์ โดยผ่านจุดกึ่งกลางเลนส์ แนวรังสีหักเหจะไม่ เปลี่ยนทิศทาง 4. ลากรังสีอีกเส้นหนึ่งจากวัตถุให้ตกกระทบเลนส์ โดยผ่านจุดกึ่งกลางเลนส์ แนวรังสีหักเหจะไม่ เปลี่ยนทิศทาง -159-
เลนส์นูน ถ้าตั้งวัตถุไว้ที่ระยะที่มากกว่าจุด ศูนย์กลางของความโค้ง (C) จะ ท าให้เกิดภาพจริงหัวกลับที่มี ขนาดเล็กกว่าวัตถุ ถ้าตั้งวัตถุไว้ที่ระยะระหว่างจุด โฟกัส (F) และจุดศูนย์กลาง ของความโค้ง (C) จะท าให้เกิด ภาพจริงหัวกลับที่มีขนาดใหญ่ กว่าวัตถุ ถ้าตั้งวัตถุไว้ที่ระยะน้อยกว่า จุดโฟกัส (F) จะท าให้เกิด ภาพเสมือนหัวตั้งที่มีขนาด ใหญ่กว่าวัตถุ # ลักษณะการเกิดภาพจากเลนส์ ภาพ วัตถุ C F F C วัตถุ C F F C ภาพ C F F C ภาพ วัตถุ เลนส์เว้า เกิดภาพได้เพียงชนิดเดียว คือ ภาพเสมือนหัวตั้งที่มี ขนาดเล็กกว่าวัตถุ ไม่ว่าวัตถุจะอยู่ต าแหน่งใด c F F c วัตถุ ภาพ -160-
แสงจากดวงอาทิตย์ เรียกว่า แสงขาว (white light) เมื่อแสงขาวตก กระทบผิวด้านหนึ่งของปริซึมสามเหลี่ยม แสงที่หักเหผ่านออกมาทางผิวด้านตรงข้าม นั้นแยกออกเป็นแสงสีต่าง ๆ เรียงชิดติดกันเป็นแถบสี เรียกว่า สเปกตรัมของแสงขาว และเรียกปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นนี้ว่า การกระจายแสง (dispersion of light) สเปกตรัมของ แสงขาว ปริซึมสามเหลี่ยม แสงที่มนุษย์สามารถ มองเห็นได้หรือแสงขาว รุ้งปฐมภูมิ เกิดจากแสงอาทิตย์ตก กระทบทางด้านบนของหยดน ้า หักเหผ่านผิวหยดน ้าเข้าสู่หยดน ้า แล้วกระจายออกเป็นแสงสีต่าง ๆ สามารถมองเห็นสีแดงอยู่ด้านบน และสีม่วงอยู่ด้านล่าง เกิดการสะท้อน กลับหมดเพียงครั้งเดียวแล้วหักเห ผ่านกลับออกมาจากหยดน ้า รุ้งทุติยภูมิ เกิดจากแสงอาทิตย์ตก กระทบทางด้านล่างของหยดน ้า เกิดการสะท้อนกลับหมด 2 ครั้ง สามารถมองเห็น สีม่วงอยู่ด้านบน และสีแดงอยู่ด้านล่าง ปรากฏการณ์ธรรมชาติที่เกิดขึ้นบนท้องฟ้าด้านตรงข้ามกับดวงอาทิตย์หลังฝนตกใหม่ ๆ หรือขณะฝนตกปรอย ๆ แสงอาทิตย์ที่เป็นแสงขาวเมื่อกระทบหยดน ้าในอากาศจะหักเหผ่านเข้าไป ในหยดน ้าและเกิดการสะท้อนกลับหมดภายในหยดน ้า แล้วหักเหผ่านกลับออกมาจากหยดน ้า กระจายออกเป็นแสงสีต่าง ๆ ซึ่งเป็นสเปกตรัมของแสงขาว การเกิดรุ้งมี 2 แบบ >>รุ้ง (rainbow) -161- ปรากฏการณ์ที่เกี่ยวกับแสง
เป็นการเกิดวงแหวนของแถบสีรอบดวงอาทิตย์หรือดวงจันทร์ โดยในวงแหวนของ แถบสีประกอบด้วยแถบสีวงกลมของแสงสีต่าง ๆ เรียงซ้อนกันคล้ายรุ้ง เกิดขึ้นเมื่อมี เมฆซีร์รัส (cirrus) มาบังดวงอาทิตย์หรือดวงจันทร์ การทรงกลดที่เกิดรอบดวงอาทิตย์ เรียกว่า ดวงอาทิตย์ทรงกลด (sun halo) และการทรงกลดที่เกิดรอบดวงจันทร์ เรียกว่า ดวงจันทร์ทรงกลด (moon halo) ดวงอาทิตย์ทรงกลด (sun halo) ดวงจันทร์ทรงกลด (moon halo) การทรงกลด • เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดจากการหักเหของแสง ผ่านชั้นบรรยากาศที่มีความหนาแน่นต่างกัน หรือเป็นผลจากความแตกต่างของอุณหภูมิของ อากาศในชั้นบรรยากาศ • มิราจเกิดจากอากาศบนพื้นถนนร้อนกว่าอากาศ ด้านบนท าให้แสงที่มาจากดวงอาทิตย์หักเหโค้ง เหนือพื้นถนนแล้วเข้าตาเรา มิราจ (mirage) หรือภาพลวงตา -162-
ทัศนอุปกรณ์ -163- ทัศนอุปกรณ์ (optical instrumentเป็นเครื่องมือที่ช่วยขยายขอบเขต การมองเห็นให้สามารถเห็นภาพได้ชัดเจนขึ้น โดยมีการใช้ประโยชน์ที่ แตกต่างกันไป ดังนี้ แว่นขยายท ามาจากเลนส์นูน เป็นทัศนอุปกรณ์ที่น ามาใช้ขยายภาพให้มี ขนาดใหญ่ขึ้นกว่าวัตถุจริง การใช้แว่นขยายต้องวางวัตถุไว้ใกล้กว่าความ ยาวโฟกัสเพื่อท าให้เกิดภาพเสมือนหัวตั้ง ขนาดใหญ่กว่าวัตถุ โดยการ มองเห็นภาพต้องมองเข้าไปในเลนส์ 2.กล้องจุลทรรศน์ (microscope) กล้องจุลทรรศน์เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ขยายภาพวัตถุที่มีขนาดเล็กมาก ประกอบด้วยเลนส์นูนสองอัน อันแรกเป็นเลนส์ใกล้วัตถุที่ท าให้เกิดภาพ จริงหัวกลับ ขนาดใหญ่กว่าวัตถุ เลนส์ที่สองเป็นเลนส์ใกล้ตาจะขยาย ภาพที่เกิดจากเลนส์ใกล้วัตถุให้เป็นภาพเสมือน หัวกลับ ขนาดขยาย 1.แว่นขยาย (magnifying glass)
3.กล้องโทรทรรศน์ (telescope) เป็นเครื่องมือเบื้องต้นของนักดาราศาสตร์ใน การศึกษาดาวฤกษ์และดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างไกลมาก แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ 1. กล้องโทรทรรศน์ประเภทหักเหแสง ประกอบด้วยเลนส์นูน 2 อันที่มีความยาวโฟกัส ต่างกัน เลนส์นูนอันที่ 1 อยู่ใกล้ตาเรียกว่า เลนส์ใกล้ตา มีความยาวโฟกัสสั้น เลนส์นูนอัน ที่ 2 อยู่ใกล้วัตถุเรียกว่า เลนส์ใกล้วัตถุ มีความยาวโฟกัสยาวกว่าเลนส์ใกล้ตา การเกิดภาพ เมื่อแสงจากวัตถุที่อยู่ไกลผ่านเลนส์ใกล้วัตถุจะเกิดภาพจริงหัวกลับ โดยภาพนี้จะเป็นวัตถุของเลนส์ใกล้ตา ซึ่งเลนส์ใกล้ตาจะท าาหน้าที่ขยายภาพอีกครั้ง ท าให้เกิดภาพสุดท้ายเป็นภาพเสมือนหัวกลับ 2. กล้องโทรทรรศน์ประเภทสะท้อนแสง มีส่วนประกอบและสมบัติที่ส าคัญดังนี้ 1.กระจกเว้า ท าาหน้าที่รับแสงจากวัตถุ ท าาให้เกิดภาพขยายหน้ากระจกเว้า 2.กระจกเงาระนาบ ท าาหน้าที่รับภาพจากกระจกเว้าสะท้อนภาพไปยังเลนส์ใกล้ตา 3.เลนส์ใกล้ตา ซึ่งเป็นเลนส์นูนท าาหน้าที่ขยายภาพ 4.เมื่อเพิ่มความยาวของเส้นผ่านศูนย์กลางของกระจกเว้า จะช่วยให้มองเห็นวัตถุที่อยู่ไกล มากได้ดีขึ้น -164-
-165- 4.แว่นสายตา (eyeglasses) แว่นตาส าหรับผู้มีสายตายาว ท ามาจากเลนส์นูน จะช่วยรวมแสงให้ตกที่จอตาได้พอดี แว่นตาส าหรับผู้มีสายตาสั้น ท ามาจากเลนส์เว้า จะช่วยกระจายแสงให้ตกที่จอตาได้พอดี แสงจากวัตถุที่อยู่ใกล้หักเหรวมกันบนเรตินาพอดี แสงจากวัตถุที่อยู่ไกลหักเหรวมกันบนเรตินาพอดี แต่แสงจากวัตถุที่อยู่ไกลหักเหรวมกันก่อนถึงเรตินา แต่แสงจากวัตถุที่อยู่ใกล้หักเหรวมกันด้านหลังเรตินา แก้ไขโดยใช้เลนส์เว้ากระจายแสง ให้รวมกันตรงเรตินาพอดี แก้ไขโดยใช้เลนส์นูนรวมแสง ให้รวมกันตรงเรตินาพอดี แว่นสายตาประกอบด้วยเลนส์ที่ใส่ไว้ในกรอบส าหรับสวมบนใบหน้า มีแท่น รองรับบนสันจมูกและก้านแว่นใช้เกี่ยวที่ใบหู แว่นสายตาเป็นแว่นที่มีก าลังหักเหแสง เพื่อให้มองเห็นภาพได้ชัดเจนใช้กับผู้ที่มีสายตาผิดปกติ ดังนั้น ผู้ที่มีสายตาผิดปกติ หรือมีปัญหาเกี่ยวกับนัยน์ตา ควรปรึกษาจักษุแพทย์ เพื่อรับการตรวจวินิจฉัยที่ถูกต้อง และได้รับแว่นตาที่เหมาะสม
-ส่องเพื่อส ารวจร่างกายตัวเอง -ส่วนประกอบของกล้องปริทรรศน์ หรือกล้องเพอริสโคป -กระจกสังเกตการณ์ในร้านค้า -กระจกติดรถยนต์และรถ จักรยานยนต์ -กระจกมองทางโค้ง หรือกระจกโค้งจราจร -ส่วนประกอบของกล้อง จุลทรรศน์ -กระจกส่องดูภายในช่องปาก ของทันตแพทย์ -กระจกส าหรับโกนหนวดหรือ กระจกส าหรับแต่งหน้า 5. กระจก กระจกเงาราบ กระจกเงานูน กระจกเงาเว้า การประยุกต์ใช้งานของกระจกประเภทต่าง ๆ เส้นใยน าแสงหรือเส้นใยแก้วน าแสง ประกอบด้วยส่วนส าคัญ 2 ส่วน คือ ตัวกลางน าแสง ที่เรียกว่า แกน (core) ท าจากวัสดุใสที่มีดัชนีหักเหของแสงประมาณ 1.6 และส่วนที่หุ้มแกน (cladding) ท าจากวัสดุใสโปร่งแสงที่มีดัชนีหักเหของแสงน้อยกว่า วัสดุที่ใช้ท าแกนคือ ประมาณ 1.5 จึงท าให้แสงเกิดการสะท้อนกลับหมดภายในแกน หลักการส่งสัญญาณแสงในเส้นใยน าแสง ใช้การยิงแสงเลเซอร์เข้าที่ปลาย ด้านหนึ่งของเส้นใยน าแสง เมื่อแสงตกกระทบกับผิวของแกน จะเกิดมุมตกกระทบที่ใหญ่ กว่ามุมวิกฤต ท าให้เกิดการสะท้อนกลับหมดภายในแกน การเดินทางของแสงภายในแกน จะมีลักษณะซิกแซ็ก 6. เส้นใยน าแสง -166-
การมองเห็นและความสว่าง เลนส์ตา (len) ช่วยให้มองเห็น ภาพได้ชัดเจน ทางผ่านของแสงเข้าสู่ตา ทางผ่านของแสง เข้าสู่เลนส์ตา ควบคุมปริมาณแสงที่ จะผ่านไปสู่เลนส์ตา ท าให้แสงหักเหแล้ว ไปตกบนจอตา รับแสงเพื่อท าให้เห็น รูปร่างของวัตถุ รับสีเพื่อท าให้เห็น สีต่าง ๆ ของวัตถุ กระจกตา (cornea) รูม่านตา (pupil) จอตา (retina) ม่านตา (iris) เซลล์รูปแท่ง (rod cell) โฟเวีย (fovea) เซลล์รูปกรวย (cone cell) 1 แสงจากวัตถุ ผ่านกระจกตา 2 ม่านตาหดหรือ ขยายตัว เพื่อปรับ ปริมาณแสงที่เข้าตา 3แสงหักเห ผ่านเลนส์ตาไป ตกบนจอตา 5 เกิดกระแส ประสาทส่งไปยังสมอง ท าให้มองเห็นภาพ 4เซลล์รูปแท่งและ เซลล์รูปกรวยรับแสงและ สีของวัตถุ โฟเวีย (fovea) กลไกการมองเห็นภาพ -167- นัยน์ตาและการมองเห็น
สายตาปกติ สายตาสั้น สายตายาว แสงจากวัตถุที่ผ่านระบบหักเหแสงของตา จะรวมกันแล้วตกลงบนจอตาพอดี สาเหตุ แก้ไข กระจกตาโค้งมากกว่าปกติ แสงจากวัตถุจึงตกไม่ถึงจอตา สวมแว่นตาที่ท าจากเลนส์เว้า เพื่อกระจายแสงให้ตกที่จอตาพอดี สาเหตุ แก้ไข กระจกตาโค้งน้อยกว่าปกติ แสงจากวัตถุจึงตกไม่ถึงจอตา สวมแว่นตาที่ท าจากเลนส์นูน เพื่อรวมแสงให้ไปตกที่จอตาพอดี ที่ระยะอนันต์ ที่ระยะ 25 เซนติเมตร จากตา # การมองเห็น สายตาปกติ สายตาสั้น การเกิดภาพในนัยน์ตาของ มนุษย์สายตาสั้น การแก้ไขการมองเห็นของ มนุษย์สายตาสั้น การแก้ไขท าได้โดยสวมแว่นตาที่ท าด้วยเลนส์เว้าที่มีความยาวโฟกัสพอเหมาะ เลนส์เว้าจะช่วยกระจายแสง หรือถ่างแสงออก ให้ภาพเลื่อนไปอยู่ที่จอตาพอดี ท าให้ เห็นวัตถุที่อยู่ไกล ๆ ได้ชัด -168- มนุษย์สายตาปกติจะมองวัตถุโดยไม่ต้องเพ่งเมื่อวัตถุอยู่ห่างจากตาประมาณ 25เซนติเมตร ถ้าใกล้กว่านี้จะเริ่มมองเห็นไม่ชัด เราเรียกระยะนี้ว่า ระยะใกล้ตา ส่วนระยะไกลที่มนุษย์สายตาปกติมองเห็น คือ ระยะอนันต์ เช่น การดูดาวบน ท้องฟ้า และเรียกว่า ระยะไกลตา มนุษย์ที่มีสายตาสั้น ระยะใกล้ตาจะน้อยกว่า 25 เซนติเมตร และระยะไกลตาไม่ ถึงระยะอนันต์ ภาพของวัตถุจะเกิดอยู่หน้าจอตา ท าให้มองเห็นวัตถุที่อยู่ไกลไม่ชัดเจน สาเหตุของสายตาสั้นอาจเกิดจากกระบอกตายาวเกินไป หรือเลนส์แก้วตามีผิวนูนโค้ง กว่าปกติ ท าให้ความยาวโฟกัสของเลนส์ตาสั้นเกินไป ดังนั้นภาพที่ระยะไกล ๆ ต าแหน่งที่ เกิดภาพจึงไม่ได้อยู่ที่จอตาพอดี แต่อยู่หน้าจอตา
• มีแหล่งก าเนิดที่ส าคัญ 2 แหล่ง คือ ดวงอาทิตย์และหลอดไฟ • ค่าความสว่างของแสงมีหน่วยเป็น ลักซ์(lux) • แหล่งก าเนิดแสงที่ต่างกันจะให้ค่าความสว่างไม่เท่ากัน ขึ้นอยู่กับแหล่งก าเนิดแสง • การหาความสว่างที่จุดใดจุดหนึ่งบนพื้นผิวหนึ่ง ท าได้โดยวัดค่าความสว่างด้วย มาตรความสว่าง หรือลักซ์มิเตอร์ (lux meter) • การจัดความสว่างของแสงให้เหมาะสมกับสถานที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการท างาน ถนอมสายตา และลดความเมื่อยล้าของดวงตา ความสว่างของแสง การดูวัตถุที่มีความสว่างมาก การดูวัตถุที่มีความสว่างน้อย เช่น ดวงอาทิตย์ หลอดไฟฟ้า สปอตไลต์ แสงจากการเชื่อมโลหะ ไม่ควรดูโดยตรง เพราะแสงจากวัตถุที่ เข้าสู่ตามีความเข้มสูงมากจนท าให้ เกิดอันตรายร้ายแรงได้ เช่น การอ่านหนังสือในที่ที่มีแสงสว่าง น้อยหรือในที่มืดจะท าให้เกิดความเสียหาย ต่อสายตาได้ เนื่องจากจะต้องเพ่งสายตาเป็น เวลานาน ๆ ดังนั้น ควรอ่านหนังสือในบริเวณที่ มีแสงสว่างเพียงพอ >> การถนอมสายตา -169-
สรุปความรู้วิทยาศาสตร์ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่3 เรื่องปฏิสัมพันธ์ ในระบบสุริยะ -170-
# การโคจรของดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์ สรุปความรู้ เรื่องปฏิสัมพันธ์ในระบบสุริยะ -156- ดาวเคราะห์และวัตถุต่าง ๆ ที่เป็นบริวารของดวงอาทิตย์ เรียงตามล าดับวงโคจร ระบบสุริยะ (solar system) ของเรามีดวงอาทิตย์เป็นดาวฤกษ์ซึ่งเป็นวัตถุที่มีมวลมากที่สุด และเป็นศูนย์กลางของระบบสุริยะ ซึ่งล้อมรอบไปด้วยวัตถุต่าง ๆ เช่น ดาวเคราะห์ (Planets) ดาวเคราะห์น้อย(asteroids) ดาวเคราะห์แคระ (dwarf planets)ซึ่งพบในบริเวณแถบไคเปอร์ เช่น ดาวพลูโต (pluto) ดาวหาง (comets) ดงดาวหางออร์ต (oort cloud) และวัตถุอื่น ๆ ดวงอาทิตย์ และวัตถุเหล่านี้ต่างยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงโน้มถ่วง ท าให้วัตถุทั้งหมด โคจรรอบดวงอาทิตย์ โลก (Earth) เป็นดาวเคราะห์ดวงหนึ่งที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ นอกจากนี้ ดวงอาทิตย์ยังมีดาวเคราะห์ ที่เป็นบริวารอีก 7 ดวง ได้แก่ ดาวพุธ (Mercury) ดาวศุกร์ (Venus) ดาวอังคาร (Mars) ดาวพฤหัสบดี (Jupiter) ดาวเสาร์ (Saturn) ดาวยูเรนัส (Uranus) และดาวเนปจูน (Neptune) โดยมีล าดับของวง โคจรของดาวเคราะห์ทั้ง 8 ดวง รวมไปถึงวัตถุต่าง ๆ ที่เป็นบริวารของดวงอาทิตย์ ดังภาพ -171-
ดวงอาทิตย์ และวัตถุท้องฟ้าต่าง ๆ ที่เป็นบริวาร สามารถอยู่รวมกัน ได้อย่างเป็นระบบด้วยแรงโน้มถ่วง (gravity force) โดยขนาดของแรงโน้มถ่วง จะส่งผลต่อลักษณะการเคลื่อนที่ของวัตถุต่าง ๆ ที่อยู่ภายใต้สนามโน้มถ่วง ขนาด ของแรงโน้มถ่วงขึ้นอยู่กับปัจจัยต่าง ๆ # ปัจจัยที่ส่งผลต่อแรงโน้มถ่วงของดาว 1) มวลของดาว มวลของดาวเคราะห์มีความสัมพันธ์กับแรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ โดยดาวที่มีมวลมากจะมีแรงโน้มถ่วงมาก และสามารถดึงดูดวัตถุท้องฟ้าต่าง ๆ เข้ามาในสนามโน้มถ่วงของดาวได้มาก เช่น ดาวพฤหัสบดี ซึ่งเป็นดาวเคราะห์ที่มี มวลมากที่สุดในระบบสุริยะ คิดเป็น 318 เท่าของมวลโลก 2) ระยะห่างจากดาว หากสังเกตนักบินอวกาศที่อยู่บนสถานีอวกาศนานาชาติ ซึ่งโคจรรอบ โลกอยู่ที่ระดับความสูงประมาณ 400 กิโลเมตรจากระดับน ้าทะเล พบว่านักบิน อวกาศปฏิบัติภารกิจและด ารงชีวิตอยู่บนสถานีอวกาศนานาชาติในสภาพที่มีแรงโน้ม ถ่วงต ่า (microgravity of weightlessness) ซึ่งแตกต่างไปจากการใช้ชีวิตบนผิว โลกที่มีแรงโน้มถ่วงมากกว่า แสดงให้เห็นว่าระยะห่างของวัตถุใด ๆ จากโลกมีผลต่อ ขนาดของแรงโน้มถ่วงที่โลกกระท าต่อวัตถุนั้น การค านวณค่าแรงโน้มถ่วงของดาว เมื่อ F G m m r แทน แทน แทน แทน แทน แรงโน้มถ่วงระหว่างมวลทั้งสอง มีหน่วยเป็น นิวตัน (N) ค่านิจโน้มถ่วงสากล มีค่าประมาณ 6.674 × 10 m /kg s มวลของวัตถุแรก มีหน่วยเป็น กิโลกรัม (kg) มวลของวัตถุที่สอง มีหน่วยเป็น กิโลกรัม (kg) ระยะห่างระหว่างวัตถุทั้งสอง มีหน่วยเป็น เมตร (m) 1 2 -11 3 -1-2 -172- F = Gm1m2 r 2 ดาวเคราะห์และบริวารอื่น ๆ โคจรรอบดวงอาทิตย์ด้วยแรงโน้มถ่วงซึ่ง เป็นแรงดึงดูดระหว่างวัตถุทั้งสองโดยเป็นสัดส่วนโดยตรงกับผลคูณของมวล ทั้งสองและเป็นสัดส่วนผกผันกับก าาลังสองของระยะทางระหว่างวัตถุทั้งสอง เขียนแทนด้วยสมการได้ดังนี้
ทั้งนี้ แรงโน้มถ่วงหรือแรงดึงดูดระหว่างวัตถุทั้งสองข้างต้น จัดเป็นแรงคู่ กิริยา-ปฏิกิริยา โดยขนาดของแรงที่วัตถุแรกกระท าต่อวัตถุที่สอง จะมีค่าเท่ากับ ขนาดของแรงที่วัตถุที่สองกระท าต่อวัตถุแรก และแรงทั้งสองจะมีทิศทาง ตรงข้ามกัน ดังแผนภาพ แรงดึงดูดระหว่างวัตถุสองวัตถุ จะเห็นได้ว่ามวลของดาวเคราะห์เป็นปัจจัยส าคัญที่ก าหนดขนาดของ แรงโน้มถ่วงที่ดวงอาทิตย์กระท าต่อดาวเคราะห์ ดาวเคราะห์ที่มีมวลมาก แรงโน้มถ่วง จากดวงอาทิตย์ที่มากระท าก็จะมีค่ามากตามไปด้วย เช่น ดาวพฤหัสบดี ดาวเสาร์ ระยะห่างของดาวเคราะห์จากดวงอาทิตย์ก็ยังเป็นปัจจัยส าคัญอีกปัจจัย หนึ่งที่ส่งผลต่อขนาดของแรงโน้มถ่วงที่ดวงอาทิตย์กระท าต่อดาวเคราะห์ โดยดาว เคราะห์ที่อยู่ใกล้จะได้รับแรงโน้มถ่วงมากในขณะที่ดาวเคราะห์ที่อยู่ไกลออกไปจะ ได้รับแรงโน้มถ่วงที่ลดลง เช่น ดาวพุธ ดาวศุกร์ โลก ดาวอังคาร อยู่ใกล้ดวง อาทิตย์จึงท าให้แรงโน้มถ่วงจากดวงอาทิตย์ที่มากระท ามีค่ามากกว่าดาวยูเรนัส และดาวเนปจูนซึ่งอยู่ไกลออกไปมาก -173-
อัตราเร็วในการโคจรของดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์ อัตราเร็วในการโคจร และคาบการโคจรของดาวเคราะห์ แต่ละดวงรอบดวงอาทิตย์มีความแตกต่างกัน ดังตาราง ชื่อดาวเคราะห์ อัตราเร็วในการโคจร ของ ดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์ (km/s) คาบการโคจร ของดาวเคราะห์ รอบดวงอาทิตย์ (วัน) ดาวพุธ 47.4 88.0 ดาวศุกร์ 35.0 224.7 โลก 29.8 365.2 ดาวอังคาร 24.1 687.0 ดาวพฤหัสบดี 13.1 4,331 ดาวเสาร์ 9.7 10,747 ดาวยูเรนัส 6.8 30,589 ดาวเนปจูน 5.4 59,800 V2 = GM r เมื่อ v แทน อัตราเร็วในการโคจรของดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์ มีหน่วยเป็น กิโลเมตรต่อวินาที (km/s) G M r แทน แทน แทน ค่านิจโน้มถ่วงสากล มีค่าประมาณ 6.674 × 10 m /kg s มวลของดวงอาทิตย์ มีหน่วยเป็น กิโลกรัม (kg) ระยะห่างระหว่างดาวเคราะห์และดวงอาทิตย์ มีหน่วยเป็น เมตร (m) ทั้งนี้ หากพิจารณาให้วงโคจรของดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์มีลักษณะเป็นวงกลม อัตราเร็วในการโคจรของดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์จะเป็นสัดส่วนผกผันกับค่าระยะห่างของ ดาวเคราะห์จากดวงอาทิตย์ โดยมีความสัมพันธ์กัน ดังสมการ -174-
โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ครบ 1 รอบ โดยใช้ระยะเวลา 1 ปี เรียก ระนาบ การโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์ว่า ระนาบสุริยวิถี (ecliptic plane) หากแกนหมุน ของโลกตั้งฉากกับระนาบสุริยวิถีตลอดเวลา รังสีจากดวงอาทิตย์ก็จะตกกระทบตั้ง ฉากที่บริเวณเส้นศูนย์สูตรตลอดเวลาเช่นเดียวกัน แต่ในธรรมชาติจริงนั้น แกนหมุน ของโลกมีการวางตัวเอียงท ามุม 23.5 องศากับแนวที่ตั้งฉากกับระนาบสุริยวิถีใน ขณะที่โคจรไปรอบดวงอาทิตย์ ดังภาพ ส่งผลให้รังสีจากดวงอาทิตย์เปลี่ยนแปลง ต าแหน่งที่ตกกระทบตั้งฉากบนผิวโลกไปตลอดปี และส่งผลให้แต่ละซีกโลกได้รับ พลังงานเปลี่ยนแปลงไปตลอดปีเกิดเป็นฤดู ลักษณะการวางตัวของแกนหมุนโลกท ามุม 23.5 องศากับ แนวที่ตั้งฉากกับระนาบสุริยวิถี ต าแหน่งของโลกในวงโคจรรอบดวงอาทิตย์ใน 1 ปี การเกิดฤดูกาล -160- การที่โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์โดยมีแกนหมุนเอียงท ามุม 23.5 องศากับแนว ที่ตั้งฉากกับระนาบสุริยวิถี ส่งผลให้ต าแหน่งที่รังสีจากดวงอาทิตย์ตกกระทบท า มุมตั้งฉากกับผิวโลกเปลี่ยนแปลงไปตลอดปี ดังภาพ -175-
ส าหรับในช่วงเดือนที่รังสีจากดวงอาทิตย์ตกกระทบตั้งฉากกับผิวโลกที่ บริเวณซีกโลกใต้จะส่งผลให้บริเวณซีกโลกใต้ได้รับพลังงานมากกว่าบริเวณซีก โลกเหนือ และในบางเดือนที่รังสีจากดวงอาทิตย์ตกกระทบตั้งฉากที่บริเวณเส้น ศูนย์สูตรจะส่งผลให้ทั้งซีกโลกเหนือและซีกโลกใต้ได้รับพลังงานจากดวงอาทิตย์ ในปริมาณใกล้เคียงกัน เมื่อต าแหน่งที่รังสีจากดวงอาทิตย์ตกกระทบตั้งฉากเปลี่ยนแปลงไปจะ ส่งผลให้พลังงานที่โลกได้รับจากดวงอาทิตย์ในแต่ละบริเวณเปลี่ยนแปลงไปด้วย โดยในช่วงเดือนที่รังสีจากดวงอาทิตย์ตกกระทบตั้งฉากกับผิวโลกที่บริเวณซีก โลกเหนือ ส่งผลให้บริเวณซีกโลกเหนือได้รับพลังงานมากกว่าบริเวณซีกโลกใต้ # ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโลก ดวงจันทร์ และดวงอาทิตย์ หากเราสังเกตดวงจันทร์ในคืนที่แตกต่างกัน จะพบว่าดวงจันทร์มีลักษณะปรากฏที่ แตกต่างกันไปโดยในบางคืนดวงจันทร์มีลักษณะปรากฏเป็นเสี้ยว มีสัดส่วนของพื้นที่สว่าง มากหรือน้อยแตกต่างกันไป และในแต่ละเดือนก็จะมีเพียงคืนเดียวเท่านั้นที่ดวงจันทร์จะมี ลักษณะปรากฏแบบสว่างเต็มดวง การเคลื่อนที่ปรากฏของดวงอาทิตย์ • โลกหมุนรอบตัวเอง 1 รอบ ใช้เวลา 24 ชั่วโมง • มีทิศทางการหมุนจากทิศตะวันตกไปยังทิศตะวันออก • ท าให้เห็นการเคลื่อนที่ปรากฏของดวงอาทิตย์ จากทิศตะวันออกไปยังทิศตะวันตก เรียก ปรากฏการณ์นี้ว่า การขึ้นและตกของดวงอาทิตย์ • การเคลื่อนที่ปรากฏของดวงอาทิตย์ท าให้เกิด ปรากฏการณ์กลางวันและกลางคืน ดวงอาทิตย์ ดาวศุกร์ ดาวพุธ โลก ดาวพฤหัส ดาวเสาร์ ดาวอังคาร กลางวัน กลางคืน ดวงจันทร์ -176-
ข้างขึ้นข้างแรม ดวงจันทร์เป็นบริวารของโลก ไม่มีแสงสว่างในตัวเอง แสงสว่างของดวงจันทร์ที่เห็นเกิด จากแสงจากดวงอาทิตย์ตกกระทบดวงจันทร์แล้วสะท้อนมายังโลก เมื่อดวงจันทร์โคจรรอบ โลกขณะที่โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ โลกและดวงจันทร์จึงโคจรรอบดวงอาทิตย์ และเนื่องจาก ดวงจันทร์มีรูปทรงคล้ายทรงกลมทึบแสง ดวงจันทร์จึงได้รับแสงจากดวงอาทิตย์เพียงครึ่งดวง เสมอ แต่การเปลี่ยนต าแหน่งของดวงจันทร์ในวงโคจรรอบโลก ท าให้คนบนโลกมองเห็นส่วน สว่างของดวงจันทร์เปลี่ยนไป โดยมองเห็นรูปร่างเป็นเสี้ยว ครึ่งดวง ค่อนดวง และเต็มดวง ช่วงเวลาที่มองเห็นดวงจันทร์เปลี่ยนแปลงรูปร่างโดยมีส่วนสว่างเพิ่มขึ้นจนเต็มดวง เรียกว่า ข้างขึ้น และช่วงเวลาที่มองเห็นส่วนสว่างของดวงจันทร์ค่อย ๆ ลดลงจนมองไม่เห็นดวงจันทร์ เรียกว่า ข้างแรม ดังภาพ ปรากฎการณ์นี้เรียกว่า ข้างขึ้น ข้างแรม (Moon phases) -177- ข้างขึ้น (waxing) • ช่วงเวลาที่มองเห็นดวงจันทร์ค่อย ๆ สว่างขึ้นในแต่ละคืนจนสว่างเต็มดวง • มีระยะเวลาประมาณ 15 วัน • เห็นดวงจันทร์เกิดข้างขึ้นในช่วงหัวค ่า ข้างแรม (waning) • ช่วงเวลาที่มองเห็นดวงจันทร์ค่อย ๆ มืดลงในแต่ละคืนจนมืดสนิททั้งดวง • มีระยะเวลาประมาณ 15 วัน • เห็นดวงจันทร์เกิดข้างขึ้นในช่วงเช้ามืด
วันแรม 15 ค ่า (New Moon): เมื่อดวงจันทร์อยู่ระหว่างโลกกับ ดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์หันด้านเงามืด เข้าหาโลก ต าแหน่งปรากฏของดวงจันทร์ อยู่ใกล้กับดวงอาทิตย์ แสงสว่างของ ดวงอาทิตย์ ท าให้เราไม่สามารถมองเห็น ดวงจันทร์ได้เลย วันขึ้น 8 ค ่า (First Quarter): เมื่อดวงจันทร์เคลื่อนมาอยู่ในต าแหน่ง มุมฉากระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ ท าให้เรามองเห็นด้านสว่างและด้านมืด ของดวงจันทร์มีขนาดเท่ากัน วันขึ้น 15 ค ่า หรือ วันเพ็ญ (Full Moon): ดวงจันทร์โคจรมาอยู่ด้านตรงข้ามกับ ดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์หันด้านที่ได้รับ แสงอาทิตย์เข้าหาโลก ท าให้เรามองเห็น ดวงจันทร์เต็มดวง วันแรม 8 ค ่า (Third Quarter): ดวงจันทร์โคจรมาอยู่ในต าแหน่งมุม ฉากระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ ท าให้ เรามองเห็นด้านสว่างและด้านมืดของ ดวงจันทร์มีขนาดเท่ากัน ดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ โลก ดวงอาทิตย์ โลก ดวงจันทร์ ดวงอาทิตย์ โลก ดวงจันทร์ ดวงจันทร์โคจรมาอยู่ระหว่าง โลกกับดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์โคจรมาอยู่ด้านตรง ข้ามกับดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์โคจรมาตั้งฉากระหว่าง โลกกับดวงอาทิตย์ การเกิดข้างขึ้นข้างแรม ดวงจันทร์มีการหมุนรอบตัวเองและโคจรรอบโลก ซึ่งดวงจันทร์รับแสงจากดวงอาทิตย์ ครึ่งดวงตลอดเวลา ท าให้เกิดด้านสว่าง แต่ด้านตรงข้ามกับดวงอาทิตย์จะถูกบังด้วยเงา ของตัวเอง ท าให้เกิดด้านมืด -178-
น ้าขึ้นน ้าลง เป็นปรากฏการณ์ที่ระดับน ้าทะเลสูงขึ้น และลดลงเป็นช่วงๆ ในแต่ละวันเกิดจากแรงดึงดูดระหว่างมวลของดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ โลก และน ้า น ้าขึ้น (hide tide) เกิดบนผิวโลกด้านที่อยู่ใกล้ดวงจันทร์ และตรงกันข้ามกับ ดวงจันทร์ ส่วนน ้าลง (low tide) เกิดบนผิวโลกด้านที่ตั้งฉากกับต าแหน่งของ ดวงจันทร์ ปรากฏการณ์น ้าขึ้นน ้าลงเกิดจากแรงไทดัล (Tidal force) วันน ้าเกิด คือ วันที่น ้าทะเลมีการขึ้นหรือลงสูงสุด ได้แก่ วันขึ้น 15 ค ่า และวันแรม 15 ค ่า วันน ้าตาย คือ วันที่น ้าทะเลมีการขึ้นหรือลงน้อยที่สุด ได้แก่ วันขึ้น 8 ค ่า และวันแรม 8 ค ่า ดวงอาทิตย์แม้จะอยู่ใกลจากโลก แต่เนื่องจากดวงอาทิตย์มีมวลมาก แรงโน้มถ่วงจึงมีผลต่อระดับน ้าเช่นกัน โดยประมาณวันแรม 15 ค ่าและขึ้น 15 ค ่า ต าแหน่งของดวงจันทร์จะโคจรมาอยู่ในแนวเส้นตรงเดียวกันกับดวงอาทิตย์เป็น ผลให้แรงไทดัลจากดวงอาทิตย์เสริมแรงกับดวงจันทร์ ในวันนี้จึงเป็นวันที่ะดับน ้า ขึ้นสูงสุดและลงต ่าสุดแตกต่างกันมากซึ่งระดับน ้าจะสูงขึ้นมากกว่าปกติ เรียกว่า วันน ้าเกิด (spring tides) ส่วนประมาณวันแรม 8 ค ่า และขึ้น 8 ค ่า ต าแหน่ง ของดวงจันทร์โคจรมาอยู่ในแนวตั้งฉากกับดวงอาทิตย์ ซึ่งแรงไทดัลไม่เสริมกัน ในวันนี้จึงเป็นวันที่ระดับน ้าขึ้นสูงสุด และลงต ่าสุดไม่แตกต่างกันซึ่งระดับน ้าจะ สูงขึ้นน้อยกว่าปกติ เรียกว่า วันน ้าตาย (neap tides) -179- น ้าขึ้นน ้าลง
ปรากฏการณ์น ้าเกิด (Spring tides) วันแรม 15 ค ่า วันขึ้น 15 ค ่า วันน ้าเกิด -ระดับน ้าทะเลขึ้นสูงมากและลดลงต ่ามาก -ต าแหน่งของดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และโลก อยู่ในแนวเส้นตรงเดียวกัน -เกิดในวันขึ้น 15 ค ่า และแรม 15 ค ่าของ ทุกเดือน ระดับน ้าแตกต่างกันมาก ระดับน ้าลงต ่าสุด วันขึ้น 15 ค ่า ระดับน ้าขึ้นสูงสุด วันแรม 15 ค ่า ดวงจันทร์ โลก ดวงอาทิตย์ ดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ โลก -180- ปรากฏการณ์น ้าตาย (Neap tides) ระดับน ้าไม่แตกต่างกันมาก ระดับน ้าขึ้นสูงสุด วันขึ้น 8 ค ่า ระดับน ้าลงต ่าสุด วันแรม 8 ค ่า วันขึ้น 8 ค ่า วันแรม 8 ค ่า วันน ้าตาย - ระดับน ้าทะเลขึ้นและลดลงไม่ เปลี่ยนแปลงมาก -ต าแหน่งของดวงอาทิตย์ และดวงจันทร์ ท ามุมตั้งฉากกัน -เกิดในวันขึ้น 8 ค ่า และแรม 8 ค ่า ของทุกเดือน โลก ดวงจันทร์ โลก ดวงจันทร์ ดวงอาทิตย์ ดวงอาทิตย์
# เทคโนโลยีอวกาศ เทคโนโลยีอวกาศ (Space Technology) คือ การน าความรู้และวิธีการต่าง ๆ ทางวิทยาศาสตร์ และเทคโนโลยีมาใช้ให้เหมาะสมในการศึกษาทางดาราศาสตร์ และอวกาศ ตลอดจนน ามาประยุกต์ใช้ให้สอดคล้องกับทรัพยากรธรรมชาติและการ ด ารงชีวิตของมนุษย์ • ดาวเทียม (Satellite) : อุปกรณ์ที่ถูกส่งขึ้นไปโคจรรอบโลกผ่านการติดตั้งบนจรวด หรือยานขนส่งอวกาศ เพื่อปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์ในด้านต่าง ๆ ทั้งการถ่ายภาพ จากดาวเทียม ตรวจวัดสภาพอากาศ และการสื่อสารโทรคมนาคม โดยมีดาวเทียมของ สหภาพโซเวียต “สปุตนิก 1” (Sputnik 1) เป็นดาวเทียมดวงแรกของโลกที่ถูกส่งขึ้น สู่อวกาศในปี 1957 จนกลายเป็นยุคบุกเบิกที่น าไปสู่การแข่งขันทางความรู้ เทคโนโลยี และนวัตกรรมทางอวกาศที่ด าเนินมาถึงปัจจุบัน เทคโนโลยีอวกาศที่ส าคัญประกอบด้วย ดาวเทียม เป็นสิ่งที่มนุษย์สร้างขึ้นแล้วส่งขึ้นไปโคจรรอบโลก ซึ่งดาวเทียมมีประโยชน์ ต่อการด ารงชีวิตของมนุษย์ในหลาย ๆ ด้าน ดังนี้ • รับส่งคลื่นวิทยุเพื่อการสื่อสารและโทรคมนาคม • ใช้การติดต่อสื่อสารในประเทศและระหว่างประเทศ • ช่วยในการควบคุมเส้นทางและบอกต าแหน่งที่อยู่ ด้านการสื่อสาร • ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยาดวงแรกที่ส่ง ขึ้นไปโคจรรอบโลก คือ ดาวเทียม ไทรอส-1 • ใช้ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยาส่งสัญญาณ ภาพถ่ายทางอากาศมาสู่ภาคพื้นดิน ด้านการพยากรณ์อากาศ ด้านการส ารวจ ทรัพยากรธรรมชาติ • ใช้ประโยชน์ในด้านป่าไม้ การเกษตร การใช้ที่ดิน อุทกวิทยา ธรณีวิทยา สิ่งแวดล้อม และการท าแผนที่ • ดาวเทียมส ารวจทรัพยากรธรรมชาติ ได้แก่ ดาวเทียม แลนด์แซต ดาวเทียมเรดาร์แซต ดาวเทียมเอลอส • ประเทศไทยส่งดาวเทียมไทยโชต หรือดาวเทียมธีออส ด้านการส ารวจสมุทรศาสตร์ • ใช้ดาวเทียมส ารวจสมุทรศาสตร์ ท าการ บันทึกข้อมูลในช่วงคลื่นไมโครเวฟ • มีบทบาทในงานด้านวิทยาศาสตร์ทาง ทะเล เช่น การเปลี่ยนแปลงของน ้า ทะเล คลื่นลม -181-
ไทยคม 1 ไทยคม 2 ไทยคม 3 ไทยคม 4 ไทยคม 5 ไทยคม 6 ไทยคม 7 ไทยคม 8 ดาวเทียมไทยคมเป็นดาวเทียมสื่อสารของไทย ในปัจจุบันมีการส่ง ขึ้นสู่วงโคจรแล้ว ทั้งหมด 8 ดวง ดังนี้ -182- จรวด (Rocket) : ยานพาหนะที่เป็นส่วนประกอบส าคัญในการส่ง ดาวเทียม หรือยานส ารวจออกสู ่อวกาศ ท าให้จรวดจ าเป็นต้องมี เครื่องยนต์พลังสูงที่สามารถเพิ่มความเร็วและมีแรงขับเคลื่อนที่เพียงพอ ต่อการเอาชนะแรงโน้มถ่วงของโลกหรือที่เรียกว่า “ความเร็วหลุดพ้น” (Escape Velocity) ซึ่งมีความเร็วอยู่ที่ 11.2 กิโลเมตรต่อวินาที
กระสวยอวกาศ ยานขนส่งอวกาศหรือ กระสวยอวกาศ ท าหน้าที่เป็นยานอวกาศ ห้องท างาน ของนักบิน บรรทุกสัมภาระที่ต้อง ปล่อยในวงโคจรในอวกาศ จรวดเชื้อเพลิงแข็ง ท าหน้าที่ขับดันให้ยาน ขนส่งอวกาศทั้งระบบ ทะยานขึ้นสู่อวกาศ ถังเชื้อเพลิงภายนอก ท าหน้าที่บรรทุกเชื้อเพลิง เหลวซึ่งมีท่อล าเลียง เชื้อเพลิงไปท าการสันดาป ในเครื่องยนต์ กระสวยอวกาศ มีส่วนประกอบที่ส าคัญ 3 ส่วน ดังนี้ -183- ยานขนส่งอวกาศ หรือกระสวยอวกาศ (Space Shuttle) ระบบยานพาหนะที่ถูกพัฒนาขึ้นมาเพื่อใช้ส่งดาวเทียม หรือยานอวกาศแทนการใช้จรวด เนื่องจากจรวดมีค่าใช้จ่าย สูง และมักพังเสียหายเมื่อตกลงสู่พื้น ท าให้ไม่สามารถน า กลับมาใช้ใหม่ได้เหมือนยานขนส่งอวกาศ
ยานส ารวจอวกาศ (Spacecraft) • ยานอวกาศที่ไม่มีมนุษย์ควบคุมจะถูกส่งไป ส ารวจ ดวงจันทร์ ดวงอาทิตย์ และดาวเคราะห์ ในห้วงอวกาศ เป็นยานพาหนะที่น ามนุษย์และอุปกรณ์อัตโนมัติออกส ารวจอวกาศหรือเดินทางไป ส ารวจยังดวงดาวอื่น ๆ โดยยานส ารวจอวกาศสามารถแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือดังนี้ • เป็นยานอวกาศที่มีขนาดเล็กและมีมวลน้อย • เป็นยานอวกาศที่ประหยัดเชื้อเพลิง • นิยมใช้ในงานส ารวจระยะบุกเบิกและ เดินทางระยะไกล ยานอวกาศแคสซินีใช้ส ารวจดาวเสาร์ # ยานอวกาศที่ไม่มีมนุษย์ควบคุม • โครงการในการส ารวจอวกาศมี หลายโครงการ ดังนี้ • เป็นยานอวกาศขนาดใหญ่ เนื่องจากต้องบรรทุก มนุษย์ อวกาศและของที่จ าเป็นต้องใช้ ในการด ารงชีพ # ยานอวกาศที่มีมนุษย์ควบคุม โครงการ ทดสอบอะพอล โล-โซยุซ โครงการสกาย แล็บ โครงการเจมินี โครงการอะ พอลโล โครงการยานขนส่ง อวกาศ -184-
สถานีอวกาศ (Space Station) สถานี หรือสิ่งก่อสร้างขนาดใหญ่ ที่เคลื่อนที่โคจรรอบโลก ด้วยความเร็วกว่า 27,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง เช่น สถานีอวกาศเมียร์(Mir Space Station) ของ รัสเซีย และสถานีอวกาศนานาชาติ (International Space Station) ที่ใช้เป็น ห้องปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์ในด้านต่าง ๆ ขณะลอยตัวอยู่เหนือพื้นโลกกว่า 400 กิโลเมตร สถานีอวกาศนานาชาติ (International Space Station; ISS) ถูกส่งขึ้นไปใน วงโคจรเมื่อ พ.ศ. 2541 และโคจรรอบโลกที่ระดับความสูง 278-460 กิโลเมตร ซึ่ง จัดว่าอยู่ในวงโคจรระดับต ่าโคจรรอบโลก 15.77 รอบต่อวัน ด้วยอัตราเร็วเฉลี่ย 27,724 กิโลเมตรต่อชั่วโมง -185-
กล้องโทรทรรศน์ กล้องโทรทรรศน์ เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ส่องดูวัตถุที่อยู่ไกล ๆ โดยขยายภาพของวัตถุ ให้มีขนาดใหญ่ขึ้น ช่วยท าให้มองเห็นวัตถุบนท้องฟ้าได้ชัดเจนมากกว่าการมองด้วยตา เปล่า กล้องโทรทรรศน์แบ่งออกเป็น 3 ประเภท ได้แก่ 1. กล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสง เส้นทางเดิน ของแสง วัตถุ เลนส์ใกล้ตา (เลนส์นูน) ท าหน้าที่ขยายภาพและ แปลงภาพที่ได้ให้เป็นภาพเสมือนที่ ตามนุษย์สามารถสังเกตได้ เลนส์ใกล้วัตถุ (เลนส์นูน) ท าหน้าที่รวมแสง • กล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสงใช้กระจกเว้าแทนเลนส์นูน • กล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสงมีปัญหาเรื่องความคลาดสี น้อยกว่าแบบหักเหแสง 2. กล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสง วัตถุ เลนส์นูน กระจกเว้า ท าหน้าที่เป็นเลนส์ ใกล้วัตถุรวบรวมแสงส่งไป ยังกระจกระนาบ กระจกระนาบ สะท้อนจาก กระจกเว้าเข้าสู่ เลนส์นูนหรือเลนส์ ใกล้ตา เส้นทางเดิน ของแสง -186-
• เป็นกล้องที่ใช้ทั้งเลนส์นูนและกระจกเว้ารวมแสง • เป็นกล้องโทรทรรศน์ที่มีขนาดเล็ก มีความละเอียดสูง เหมาะส าหรับใช้ส ารวจวัตถุขนาดเล็ก • เป็นการผสมผสานจุดเด่นของกล้อง โทรทรรศน์แบบหักเหแสงและแบบสะท้อน แสงเข้าด้วยกัน ท าให้ได้ภาพที่ปราศจาก ความคลาดสีด้วยมุมมองที่กว้างขึ้น 3. กล้องโทรทรรศน์แบบผสม เส้นทางเดิน ของแสง เลนส์นูน ท าหน้าที่ เป็นเลนส์ตาขยาย ภาพใหญ่ขึ้น กระจกเว้า ท าหน้าที่ รวมแสงให้มาตกที่ จุดเดียวกัน นักบินอวกาศ การตอบสนอง ในการเคลื่อนที่ของ ร่างกายผิดปกติ ความสามารถการมองเห็นลดลง ตาเป็นต้อกระจก กล้ามเนื้อ บริเวณต้นขาและ หลังจะลีบเล็กลง อยู่ในสภาวะ โลหิตจางและติด เชื้อได้ง่าย การเต้นหัวใจ ผิดปกติท าให้กล้ามเนื้อ หัวใจอ่อนแอ กระดูกเปราะและ แตกหักง่าย บุคคลที่เดินทางไปกับยานอวกาศ ไม่ว่าจะไปด้วยยานอวกาศแบบไหน ทั้งที่ โคจรรอบโลกในระยะสูงจากพื้นราว 80-100 กิโลเมตรขึ้นไป หรือเดินทางออกไปยัง ต าแหน่งอื่นใดนอกวงโคจรของโลก ผลกระทบของอวกาศต่อร่างกายของนักบินอวกาศ -187-
ยุคอวกาศ เป็นยุคที่วิทยาศาสตร์และ เทคโนโลยีพัฒนาและเฟื่องฟูมากขึ้น มีการศึกษาอวกาศและประดิษฐ์ยาน อวกาศเพื่อส่งไปส ารวจอวกาศโดย สหภาพโซเวียตส่งดาวเทียม ดวง แรกชื่อ สปุตนิก 1 ขึ้นสู่อวกาศ ยุคก่อนอวกาศ ในอดีตท้องฟ้าและอวกาศเป็นสถานที่ ที่ลึกลับ การเกิดลม ฝน พายุนั้นเกิดจาก การบันดาลจากเทพเจ้า ต่อมาเมื่อ ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีมีมากขึ้น ใช้ กล้องโทรทรรศน์ส่องดูวัตถุต่าง ๆ บนท้องฟ้า และใช้จานรับคลื่นวิทยุจากดวงดาวต่าง ๆ # ความก้าวหน้าของการส ารวจอวกาศ ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา ดาวเทียมสื่อสาร ดาวเทียมส ารวจ ทรัพยากรธรรมชาติ โครงการส ารวจอวกาศ ประเทศไทยใช้ดาวเทียมในการส ารวจอวกาศทั้งหมด 3 ระบบ ดังนี้ -188-
Science teaching media https://www.facebook.com/Science.Biology14/ ➢ ➢ ➢ ➢