บันทึกการเข้าเรียนครั้งที่ 3

สรุปองค์ความรู้ความลับของแสง

แสง (อังกฤษ: light) คือการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงยความาวคลื่นที่สายตามนุษย์มองเห็น หรือบางครั้งอาจรวมถึงการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงความยาวคลื่นตั้งแต่รังสีอินฟราเรดถึงรังสีอัลตราไวโอเลตด้วย สมบัติพื้นฐานของแสง (และของการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าทุกช่วงคลื่น) ได้แก่

• ความเข้ม (ความสว่างหรือแอมพลิจูด ซึ่งปรากฏแก่สายตามนุษย์ในรูปความสว่างของแสง)
• ความถี่ (หรือความยาวคลื่น ซึ่งปรากฏแก่สายตามนุษย์ในรูปสีของแสง) และ
• โพลาไรเซชัน (มุมการสั่นของคลื่น ซึ่งโดยปกติมนุษย์ไม่สามารถรับรู้ได้)

แสงจะแสดงคุณสมบัติทั้งของคลื่นและของอนุภาคในเวลาเดียวกัน ทั้งนี้เนื่องจากทวิภาวะของคลื่นและอนุภาค ธรรมชาติที่แท้จริงของแสงเป็นปัญหาหลักปัญหาหนึ่งของฟิสิกส์สมัยใหม่

แสงมีคุณสมบัติทวิภาวะ กล่าวคือ

1. แสงเป็นคลื่น : แสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า โดยที่ระนาบการสั่นของสนามแม่เหล็กตั้งฉากกับระนาบการสั่นของสนามไฟฟ้า และตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่น และแสงก็มีการเลี้ยวเบนด้วย ซึ่งการเลี้ยวเบนก็แสดงคุณสมบัติของคลื่น
2. แสงเป็นอนุภาค : แสงเป็นก้อนพลังงานมีค่าพลังงาน

 1. สีของแสง

แสงจากดวงอาทิตย์เป็นแสงขาว  ซึ่งประกอบด้วยแสง  7 สี  ผสมอยู่ด้วยกัน  เราสามารถใช้ปริซึมแยกลำแสงขาวออกเป็นแสงทั้ง  7  สีได้  โดยจะเห็นเป็นแถบของแสงสีทั้งหมดเรียงติดกัน เราเรียกว่า  สเปกตรัม (Spectrum)  ในธรรมชาติสิ่งที่มีสมบัติเป็นปริซึม  ได้แก่  หยดน้ำฝน  ละอองไอน้ำ  โดยภายหลังจากฝนตกเมื่อแสงแดดส่องกระทบหยดน้ำฝนหรือละออง ไอน้ำ  เราจะมองเห็นแสงแดดเป็นแถบสีทั้ง  7  สี  ปรากฏขึ้นบนท้องฟ้า  ที่เรียกว่า   รุ้งกินน้ำ  (ภาพที่  12.2) 
          สำหรับในอากาศหรือสูญอากาศ  แสงทั้ง  7  สี  จะเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็ว  3 x  10⁸  เมตรต่อวินาที  เท่ากันทุกสี  แต่หากเคลื่อนที่ผ่านตัวกลาง  เช่น  แก้ว  กระดาษ  พลาสติก  แสงแต่ละสีจะมีอัตราเร็วในการเคลื่อนที่ไม่เท่ากัน  โดยจะมีอัตราเร็วน้อยกว่าการเคลื่อนที่ในสุญญากาศ(สุญญากาศ  คือ  บริเวณที่ว่างเปล่าปราศจากอากาศ)  
          เมื่อแสงเคลื่อนที่จากอากาศไปยังตัวกลาง  หรือจากตัวกลางไปยังอากาศ  หรือเคลื่อนที่ผ่านตัวกลาง  2  ชนิด  จะทำให้อัตราเร็วของแสงและทิศการเคลื่อนที่ของแสงเปลี่ยนไป  เราเรียนว่า เกิดแสงการหักเห  ในตัวกลางที่หนาแน่นนั้น  แสงสีแดงจะเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าสีม่วง  ทำให้แสงสีแดงเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่น้อยกว่าแสงสีม่วง   ซึ่งเป็นสาเหตุให้เกิดการกระจายแสงสีขาวออกเป็น  7  สีนั้นเอง

2. การเคลื่อนที่ของแสง

แสงที่ออกมาจากแหล่งกำเนิดแสง  เมื่อเดินทางผ่านตัวกลางที่มีความหนาแน่ต่างกัน จะเกิดการหักเห  แต่จะผ่านเป็นเส้นตรงเมื่อเดินผ่านตัวกลางที่มีความหนาแน่นเท่ากันหรือเป็นตัวกลางชนิดเดียวกัน
          เลนส์และปริซึมเป็นอุปกรณ์ที่ทำให้เกิดการเบี่ยงเบนของลำแสงที่ส่องผ่าน  ต่างกันตรงที่ปริซึมสามารถแยกลำแสงที่ส่องผ่านออกเป็นแสงสีต่างๆ ตามองค์ประกอบของแสงนั้น ๆ หรือที่เรียกว่า สเปกตรัม (spectrum)

3.การหักเหของแสง

แสงเมื่อเดินทางจากตัวกลางหนึ่งไปยังตัวกลางอีกชนิดหนึ่งที่เป็นตัวกลางโปร่งใสและมีความหนาแน่นไม่เท่ากัน  ความเร็วในการเดินทางของแสงจะเปลี่ยนไป
          เมื่อแสงเดินทางจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากไปสู่ตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อย แสงจะหักเหออกจากเส้นปกติ 
          ถ้าแสงเดินทางจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากไปหาตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยแสงจะหักเหออกจาเส้นปกติ  ดังนั้นแสงเมื่อเดินทางในตัวกลางที่มีความหนาแน่นมาก  ความเร็วของแสงจะลดลง  จึงทำให้ลำแสงเบนไปจากแนวเดิม  เรียกว่า  แสงเกิดการหักเห

4.การสะท้อนแสง

 แสงที่เดินทางจากตัวกลางที่โปร่งแสงไปสู่ตัวกลางที่โปร่งใส  เช่น  จากแก้วไปสู่อากาศ ถ้ามุมตกกระทบน้อย   กว่า  42  องศา  แสงบางส่วนจะสะท้อนกลับและบางส่วนจะทะลุออกอากาศ แต่ถ้าที่มุมแก้วตกกระทบแก้วกับ  42  องศา  แสงจะสะท้อนกลับคืนสู่แก้วหมดไม่มีแสงออกจากอากาศเลย  ลักษณะเช่นนี้เรียกว่า  การสะท้อนกลับหมด  นั้นคือ  รอยต่อแก้วกับอากาศทำหน้าที่เสมือนการตกกระทบที่จะทำให้แสงสะท้อนกลับหมด  ซึ่งจะมีค่าแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับชนิดของตัวกลาง