แสง (Light)

แสง
แสงเป็นพลังงานรูปหนึ่ง เดินทางในรูปเคลื่อนที่มีอัตราเร็วสูง สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่บนโลกไม่สามารถดำรงอยู่ได้โดยไม่มีแสง แหล่งกำเนิดแสงที่สำคัญที่สุดของเราคือดวงอาทิตย์ อย่างไรก็ตาม เราสามารถผลิตแสงได้เองเช่นกันโดยใช้ไฟฟ้า

ลำแสง
ถ้าลำแสงผ่านควันหรือฝุ่นละออง จะเห็นลำแสงนี้เป็นเส้นตรงด้วยอัตราเร็ว 300,000 กิโลเมตรต่อวินาที แสงสามารถผ่านวัตถุบางชนิดได้ แต่แสงไม่สามารถผ่านวัตถุทึบแสงได้ เช่น แผ่นเหล็ก ผนังคอนกรีต กระดาษหนาๆ เป็นต้น วัตถุทึบแสงจะสะท้อนแสงบางส่วนและดูดกลืนแสงไว้บางส่วน และเกิดเงาได้เมื่อใช้วัตถุแสงกั้นลำแสงไว้
วัตถุโปร่งใส หมายถึง วัตถุที่ยอมให้แสงเคลื่อนที่เป็นตรงเส้นผ่านไปได้ เช่น อากาศ น้ำ เป็นต้น เราสามารถมองผ่านวัตถุโปร่งใส เห็นสิ่งต่างๆได้ (ภาพที่ 1)
แสงสามารถผ่านวัตถุโปร่งแสงได้ เช่น กระจกฝ้า กระดาษฝ้า พลาสติกฝ้า วัตถุเหล่านี้ จะกระจายแสงออกไปโดยรอบ ทำให้แสงเคลื่อนที่ไม่เป็นเส้นตรงเมื่อเคลื่อนที่ผ่านวัตถุโปร่งแสง

ภาพที่ 1 แสดงวัตถุโปร่งใส (วัชรา ทับอัตตานนท์ : 2543, 15)

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 แสงเกิดการหักเห ในตัวกลางที่หนาแน่นนั้น แสงสีแดงจะเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าสีม่วง ทำให้แสงสีแดงเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่น้อยกว่าแสงสีม่วง ซึ่งเป็นสาเหตุให้เกิดการกระจายแสงสีขาวออกเป็น 7 สี นั้นเอง

ภาพที่ 2 การแสดงการกระจายของแสงขาว (บุญถึง แน่นหนา : 2544, 60)

เราอาจใช้แสงเพียง 3 สีรวมกันเป็นแสงขาวได้ เรียกว่า สีปฐมภูมิ(primarycolours) ได้แก่ แสงสีน้ำเงิน แสงสีเขียว และแสงสีแดง เมื่อมีปฐมภูมิทั้ง 3 นี้รวมกันจะได้แสงขาว (ภาพที่ 3) ถ้านำแสงสีปฐมภูมิ 2 สี มารวมกันจะได้ สีทุติยภูมิ(secondary colours) ซึ่งแสงของสีที่จะได้จากการผสมสีทุติยภูมิจะมีความแตกต่างกันในระดับความเข้มสีและความสว่างของแสง
ภาพที่ 3 แสดงแสงขางประกอบด้วยแม่สีทั้งสามตามสัดส่วนที่เหมาะสม (บุญถึงแน่นหนา : 2544, 62)

การมองเห็นสีแดง

เรามองเห็นวัตถุโปร่งแสงด้วยตังเองไม่ได้เพราะมีแสงส่องมากระทบและสะท้อนจากวัตถุนั้นเข้าสู่นัยน์ตาของเรา และสีของวัตถุก็ขึ้นอยู่กับคุณภาพของแสงที่สะท้อนนั้นด้วย โดยวัตถุสีน้ำเงินจะสะท้อนออกไปมากที่สุด สะท้อนแสงสีค้างเคียงออกไปบ้างเล็กน้อย และดูดกลืนแสงสีอื่น ๆ ไว้หมด ส่วนวัตถุสีแดงจะสะท้อนแสงสีแดงออกไปมากที่สุด มีสีข้างเคียงสะท้อนออกไปเล็กน้อยและดูดกลืนแสงสีอื่น ๆ ไว้หมดสำหรับสีดำจะดูดกลืนทุกแสงสีและสะท้อนกลับได้เพียงเล็กน้อยเท่านั้น

ภาพที่ 4 แสดงการมองเห็นสีแดง (มานี จันทามล, 2545 : 103)

การเคลื่อนที่ของแสง
แสงที่ออกมาจากแหล่งกำเนิดแสง เมื่อเดินทางผ่านตัวกลางที่มีความหนาแน่ต่างกัน จะเกิดการหักเห แต่จะผ่านเป็นเส้นตรงเมื่อเดินผ่านตัวกลางที่มีความหนาแน่นเท่ากันหรือเป็นตัวกลางชนิดเดียวกัน เลนส์และปริซึมเป็นอุปกรณ์ที่ทำให้เกิดการเบี่ยงเบนของลำแสงที่ส่องผ่าน ต่างกันตรงที่ปริซึมสามารถแยกลำแสงที่ส่องผ่านออกเป็นแสงสีต่างๆ ตามองค์ประกอบของแสงนั้น ๆ หรือที่เรียกว่า สเปกตรัม (spectrum) (ภาพที่ 5)
ภาพที่ 5 แสดงปริซึมแยกลำแสง เรียกว่า สเปกตรัม (บุญถึง แน่นหนา : 2544,62)

ที่มา http://www.atom.rmutphysics.com

การสะท้อนแสงและการหักเหของแสง

การสะท้อนแสง
แสงที่เดินทางจากตัวกลางที่โปร่งแสงไปสู่ตัวกลางที่โปร่งใส เช่น จากแก้วไปสู่อากาศ ถ้ามุมตกกระทบน้อย กว่า 42 องศา แสงบางส่วนจะสะท้อนกลับและบางส่วนจะทะลุออกอากาศ แต่ถ้าที่มุมแก้วตกกระทบแก้วกับ 42 องศา แสงจะสะท้อนกลับคืนสู่แก้วหมดไม่มีแสงออกจากอากาศเลย ลักษณะเช่นนี้เรียกว่า การสะท้อนกลับหมด นั้นคือ รอยต่อแก้วกับอากาศทำหน้าที่เสมือนการตกกระทบที่จะทำให้แสงสะท้อนกลับหมด ซึ่งจะมีค่าแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับชนิดของตัวกลาง (ภาพที่ 1)

ภาพที่ 1 แสดงการสะท้อนกลับหมด (บุญถึง แน่นหนา, 2544 : 56)

เมื่อแสงตกกระทบวัตถุ แสงบ่างส่วนจะสะท้อนจากวัตถุ ถ้าแสงสะท้อนจากวัตถุเข้าสู่นัยน์ตาจะเกิดการมองเห็นและรับรู้เกี่ยวกับวัตถุนั้นได้
ภาพที่ 2 แสดงการสะท้อนของแสง (มานี จันทวิมล, 2545 : 103)

จากรูป เมื่อแสงตกกระทบวัตถุทึบแสงผิงเรียบสามารถใช้เส้นตรงและหัวลูกศรแสดงทิศทางของรังสีตกกระทบและรังสีสะท้อน เมื่อลากเส้นทางเดินของแสงเมื่อตกกระทบวัตถุจะเกิดมุม 2 มุม โดยเรียกมุมอยู่ระหว่างรังสีตกกระทบกับเส้นปกติกว่า”มุมตกกระทบ” และเรียกมุมที่อยู่ระหว่างรังสีสะท้อนกับเส้นปกติว่า”มุมสะท้อน” (ภาพที่12.10) ซึ่งการสะท้อนแสงบนผิววัตถุอธิบายได้ด้วย

กฎการสะท้อน ดังนี้

1. รังสีตกกระทบ เส้นปกติ และรังสีสะท้อนอยู่ในระนาบเดียวกัน 2. มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน เมื่อแสงตกกระทบวัตถุผิวเรียบเกิดการสะท้อนของแสงอย่างเป็นระเบียบ แต่ถ้าแสงตกกระทบพื้นผิวขรุขระ แสงสะท้อนจะสะท้อนอย่างกระจัดกระจายดัง (ภาพที่ 3)

ภาพที่ 3แสดงการสะท้อนของแสง (บุญถึง แน่นหนา : 2544, 53)

มุมวิกฤต (criticsl angle) เป็นมุมตกกระทบค่าหนึ่งทำให้เกิดมุมหักเหมีค่าเป็น 90 องศา มุมวิกฤตจะเกิดขึ้นได้เมื่อรังสีตกกระทบผ่านตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากไปยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า เช่น เมื่อแสงผ่านแก้วสู่อากาศด้วยมุมวิกฤต จะทำให้แนวรังสีหักเหทับอยู่บนรอยต่อของตัวกลางทั้งสอง การสะท้อนกลับหมด (total reflection) เกิดจากการเดินทางของแสงจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากกว่าไปยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า เมื่อแสงเคลื่อนที่ถึงรอยต่อระหว่างตัวกลางจะเกิดการสะท้อนกลับสู่ตรงกลางเดิม การสะท้อนกลับหมดจะเกิดขึ้นเมื่อมุมตกกระทบมีค่ามากกว่ามุมวิกฤต ทำให้ลำแสงไม่หักเหเข้าไปในตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า แต่เกิดการสะท้อนกลับหมดแทน เช่น การสะท้อนกลับหมดของแสงในเส้นใยนำแสงในการแสดงดนตรีบนเวที (ภาพที่ 4)
ภาพที่ 4 แสดงการสะท้อนกลับมาของแสง(บุญถึง แน่นหนา, 2544 : 53)

มิราจ (mirage) หรือภาพลวงตา เป็นปรากฏการณ์ซึ่งเกิดจากการหักเหของแสงเนื่องจากชั้นของอากาศที่แสงเดิมทางผ่านมีอุณหภูมิต่างกัน แล้วเกิดการสะท้อนกลับหมด เช่น

- การมองเห็นต้นไม้กลับหัว

- การมองเห็นเหมือนมีน้ำหรือน้ำมันนองพื้นถนน ในวันที่มีอากาศร้อนจัด (ภาพที่ 5)

- การมองเห็นภาพบิดเบี้ยว เนื่องจากไอของความร้อนขยายตัวลอยสูงขึ้นจากผิวถนน

ภาพที่ 5 แสดงการเกิดภาพลวงตา (บุญถึง แน่นหนา, 2544 : 57)

การหักเหของแสง
แสงเมื่อเดินทางจากตัวกลางหนึ่งไปยังตัวกลางอีกชนิดหนึ่งที่เป็นตัวกลางโปร่งใสและมีความหนาแน่นไม่เท่ากัน ความเร็วในการเดินทางของแสงจะเปลี่ยนไป เมื่อแสงเดินทางจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากไปสู่ตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อย แสงจะหักเหออกจากเส้นปกติ ถ้าแสงเดินทางจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากไปหาตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยแสงจะหักเหออกจาเส้นปกติ ดังนั้นแสงเมื่อเดินทางในตัวกลางที่มีความหนาแน่นมาก ความเร็วของแสงจะลดลง จึงทำให้ลำแสงเบนไปจากแนวเดิม เรียกว่า แสงเกิดการหักเห (ภาพที่ 6)

ภาพที่ 6 แสดงการหักเหแสงในตัวกลางต่างกัน (ยุพา วรยศ, 2547 : 127)

ภาพที่ 7 แสกงการหักเหของแสง (บุญถึง แน่นหนา, 2544 : 56)

แสงเมื่อเดินทางตกกระทบผิวหน้าของวัตถุอันหนึ่ง เช่น แสงเดินทางจากอากาศมากระทบแก้วโปร่งใส แสงส่วนหนึ่งจะสะท้อนกลับ อีกส่วนหนึ่งจะเดินทางผ่านเข้าไปในแก้ว และแสงจะหักเหเข้าหาเส้นปกติ เมื่อแสงเดินทางออกจากแก้วมาสู่อากาศ แสงจะหักเหออกจากเส้นปกติ ลำแสงก่อนตกกระทบแก้ว และลำแสงที่ออกจากแก้วจึงมีลักษณะขนานกัน เมื่อจุ่มหลอดดูดลงไปในน้ำที่บรรจุอยู่ในถ้วยแก้วจึงมองดูเหมือนกับว่าหลอดดูดส่วนที่จมอยู่ในน้ำโค้งงอ มีขนาดใหญ่กว่าส่วนที่อยู่เหนือน้ำ และปลาย ล่างสุดของหลอดดูดสูงขึ้นมากันแก้วที่เป็นเช่นนี้เพราะแสงจากหลอดดูดเกิดการหักเห ขณะเดินทางผ่านน้ำผ่านแก้ว และผ่านอากาศมาเข้าตาของเรา (ภาพที่ 7 ก) การหักเหของแสงทำให้เรามองเห็นภาพของวัตถุอันหนึ่งที่จมอยู่ก้นสระน้ำอยู่ตื้นกว่า ความเป็นจริง (ภาพที่ 7 ข) ที่เป็นเช่นนี้ก็เพราะแสงจากก้นสระว่ายน้ำจะหักเหเมื่อเดินทางจากน้ำสู่อากาศ ทั้งนี้เพราะความเร็วของแสงที่เดินทางในอากาศเร็วกว่าเดินทางในน้ำ จึงทำให้้แสงช่วงที่ออกจากน้ำสู่อากาศหักเหออกจากเส้นปกติ จึงทำให้เห็นภาพของวัตถุอยู่ตื้นกว่าความเป็นจริง (ภาพที่ 8)

ภาพที่ 8 แสดงการหักเหของแสงทำให้เราเห็นวัตถุใต้น้ำผิด ไปจากค่าความจริง (บุญถึง แน่นหนา : 2544, 56)

ที่มา http://www.atom.rmutphysics.com

การเกิดภาพจากกระจกเงาและเลนส์ 1

ภาพ (image) เกิดจากการตัดกันหรือเสมือนตัดกันของรังสีของแสงสะท้อนมาจากกระจกหรือหักเหผ่านเลนส์ แบ่งได้ 2 ประเภท คือ
1. ภาพจริง เกิดจากรังสีของแสงตัดกันจริง เกิดด้านหลังกระจกหรือเลนส์ ต้องมีฉากมารับจึงจะมองเห็นภาพ ลักษณะภาพหัวกลับกับวัตถุ มีทั้งขนาดใหญ่กว่าวัตถุ เท่ากับวัตถุ และเล็กกว่าวัตถุ ซึ่งขนาดภาพจะสัมพันธ์กับระยะวัตถุ เช่น ภาพที่ปรากฏบนจอภาพยนตร์ เป็นต้น

ภาพที่ 12.14 แสดงการเกิดภาพจริง (มานี จันวิมล : 2545, 103)

2. ภาพเสมือน เกิดจากรังสีของเสมือนตัดกันทำให้เกิดภาพด้านหน้ากระจกหรือเลนส์ มองเห็นภาพได้โดยไม่ต้องใช้ฉากรับภาพ ภาพมีลักษณะหัวตั้งเหมือนวัตถุ เช่น ภาพเกิดจากแว่นขยาย เป็นต้น

ภาพที่ 12.15 แสดงการเกิดภาพจากแว่นขยาย (ชัยวัฒน์ การชื่นศรี : 2545, 39)

ภาพจากกระจกเงาเกิดจากการสะท้อนของแสงคือ เมื่อแสงจากวัตถุตกกระจกเงา แสงสะท้อนจากกระจกจะพบกัน ทำให้เกิดภาพของวัตถุขึ้น แบ่งออกได้ 2 ลักษณะ ดังนี้
1. ภาพจากกระจกเงาราบ (plan mirror) เมื่อคนยืนหรือวางวัตถุไว้หน้ากระจกเงาราบ ภาพที่เกิดขึ้นในกระจกเงาราบจะเป็นภาพเสมือนหัวตั้งอยู่หลังกระจก มีระยะวัตถุเท่ากับระยะภาพ และขนาดของวัตถุเท่ากับขนาดของภาพ แต่มีลักษณะกลับด้านกันจากซ้ายเป็นขวาของวัตถุจริง (ภาพที่ 12.16) ภาพที่ 12.16 แสดงการเกิดภาพจากกระจกเงา(เทเลอร์ บาร์บารา : 2546, 25)

2. ภาพจากกระจกเงาผิวโค้ง กระจกผิวโค้งซึ่งเป็นส่วนของวงกลมนั้นมี 2 ชนิด คือ กระจกนูน และกระจกเว้า มีลักษณะการเดินภาพดังภาพที่ 12.17 และ 12.18
กระจกนูน

1. กระจายแสง 2. ส่วนสะท้อนแสงอยู่ที่ผิวด้านนอกของทรงกลม 3. ทำหน้าที่กระจายแสง 4. เกิดภาพเสมือนหัวตั้ง ขนากเล็กกว่าวัตถุ และภาพกลับข้างจากข้างซ้ายเป็นข้างขวา5. ถูกนำมาใช้ทำกระจกมองข้างและมองหลัง ของรถยนต์

กระจกเว้า
1. รวมแสง 2. ส่วนสะท้อนแสงอยู่ที่ผิวด้านในของทรงกลม 3. ทำหน้าที่รวมแสง 4. เกิดภาพได้ทั้งภาพจริงและภาพเสมือน มีทั้งขนาดย่อและขยายขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างวัตถุกับกระจก 5. ถูนำมาประดิษฐ์เป็นอุปกรณ์ให้หมอฟันใช้ส่องดูฟันในปากคนไข้

ภาพที่ 12.17 แสดงการเกิดภาพจากกระจกนูนและกระจกเว้า(บุญถึง แน่นหนา : 2544, 54)

ภาพที่ 12.18 แสดงภาพที่เกิดจากกระจกเลนส์นูนและกระจกเว้า (บุญถึง แน่นหนา) : 2544, 54)

เลนส์ (lens) คือ วัตถุโปร่งใสผิวโค้งด้านหนึ่งหรือโค้งทั้งสองด้าน เมื่อแสงจากวัตถุหักเหผ่านเลนส์ก็จะได้ทำให้เกิดภาพ จำแนกตามลักษณะได้ 2 ชนิด คือ เลนส์นูนและเลนส์เว้า (ภาพที่ 12.19)
เลนส์นูน
- มีลักษณะตรงขอบเลนส์บางกว่าตรงกลางเลนส์ - มีผิวด้านโค้งนูนรับแสง - มีหน้าที่รวมแสง - ให้ภาพได้ทั้งภาพจริงและภาพเสมือน - ประโยชน์ใช้ทำแว่นตาสำหรับคนสายตายาว ใช้ทำแว่นขยาย เป็นส่วนประกอบของกล้อง
เลนส์เว้า
- มีลักษณะตรงกลางเลนส์บางตรงขอบของเลนส์นอก - มีผิวด้านโค้งเว้ารับแสง - มีหน้าที่กระจายแสง - ให้ภาพเสมือนเท่านั้น - ประโยชน์ใช้ทำแว่นตาสำหรับคนสายตาสั้น

ภาพที่ 12.19 แสดงคุณสมบัติของเลนส์นูนรวมแสงและเลนส์เว้ากระจายแสง(บุญถึง แน่นหนา, 2544 : 57)

เมื่อนำเลนส์นูนไปรับแสงอาทิตย์ซึ่งเป็นแสงขนานแบบหนึ่ง จะเกิดเป็นจุดสว่างด่านหลังเลนส์เรียกว่า “จุดรวมแสงหรือจุดโฟกัส” โดยระยะห่างจากจุดรวมแสงถึงเลนส์เรียกว่า “ความยาวโฟกัส” เมื่อวางวัตถุไว้ที่ระยะสั้นกว่าความยาวโฟกัสของเลนส์นูน จะเกิดภาพเสมือนขนาดขยาย ซึ่งสามารถนำไปใช้ประโยชน์ในการทำทัศนูปกรณ์ต่าง ๆ ในกรณีของเลนส์เว้าซึ่งเป็นเลนส์กระจายแสงเมื่อนำเลนส์เว้าไปรับแสงขนาน จะพบว่าแสงขานนั้นจะกระจายออกจากจุดจุดหนึ่ง โดยถ้าลากเส้นต่อแนวรังสีที่กระจายออกนั้นให้ยาวขึ้น แนวรังสีนี้จะตัดกันที่จุดดังกล่าวและเรียกจุดนี้ว่า “จุดโฟกัสของเลนส์เว้า”

ที่มา http://www.atom.rmutphysics.com

งานครบรอบ 60 ปี โรงเรียนภูเขียว

การเกิดภาพจากกระจกเงาและเลนส์ 2

การเกิดภาพจากกระจกเงา
กระจกเงาราบกระจกเงาราบ คือ กระจกแบนราบ ซึ่งมีด้านหนึ่งสะท้อนแสง ดังนั้นภาพที่เกิดขึ้นจึงเป็นภาพเสมือน อยู่หลังกระจก มีระยะภาพเท่ากับระยะวัตถุ และขนาดภาพเท่ากับขนาดวัตถุ ภาพที่ได้จะกลับด้านกันจากขวาเป็นซ้ายของวัตถุจริง

รูปแสดงการเกิดภาพจากกระจกเงาราบ

การหาจำนวนภาพที่เกิดจากกระจกเงาราบ 2 บาน วางทำมุมกัน หาได้จากสูตร กำหนดให้

n = จำนวนภาพที่มองเห็น
u = มุมที่กระจกเงาราบ 2 บานวางทำมุมต่อกัน
ถ้าผลลัพธ์ n ที่ได้ไม่ลงตัว ให้ปัดเศษขึ้นเป็นหนึ่งได้

ตัวอย่างที่ 1 กระจกเงาราบ 2 บาน วางนำมุม 60 องศาต่อกัน จงหาจำนวนภาพที่เกิดขึ้น

วิธีคิด จากสูตร

= 5.5

= 6 ภาพ

จำนวนภาพที่เกิดจากกระจกเงาราบ 2 บานวางทำมุมต่อกันเท่ากับ 6 ภาพ ตอบ

กระจกเงาผิวโค้งทรงกลม

กระจกเงาผิวโค้งทรงกลม มีอยู่ 2 ชนิด คือ กระจกเว้าและกระจกนูน
1. กระจกเว้า คือ กระจกที่ใช้ผิวโค้งเว้าเป็นผิวสะท้อนแสง หรือกระจกเงาที่รังสีตกกระทบและรังสีสะท้อนอยู่ด้านเดียวกับจุดศูนย์กลางความโค้ง ดังรูป

รูปแสดงรังสีตกกระทบและรังสีสะท้อนของกระจกเว้า

2. กระจกนูน คือ กระจกที่ใช้ผิวโค้งนูนเป็นผิวสะท้อนแสง และรังสีสะท้อนอยู่คนละด้านกับจุดศูนย์กลางความโค้ง ดังรูป

รูปแสดงรังสีตกกระทบและรังสีสะท้อนของกระจกนูน

ภาพที่เกิดจากการวางวัตถุไว้หน้ากระจกโค้งนั้นตามปกติมีทั้งภาพจริงและภาพเสมือน โดยภาพจริงจะอยู่หน้ากระจก และภาพเสมือนจะอยู่หลังกระจก โดยกระจกเว้าจะให้ทั้งภาพจริงและภาพเสมือน สำหรับขนาดของภาพมีทั้งขนาดใหญ่กว่าวัตถุ ขนาดเท่าวัตถุ และขนาดเล็กกว่าวัตถุ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับระยะวัตถุ ส่วนกระจกนูนจะให้ภาพเสมือนที่มีขนาดเล็กกว่าวัตถุทั้งสิ้น
หมายเหตุ ภาพ (image) เกิดจากการตัดกันหรือเสมือนตัดกันของรังสีของแสงที่สะท้อนมาจากกระจกหรือหักเหผ่านเลนส์ แบ่งได้เป็น 2 ประเภท คือ

1. ภาพจริง เกิดจากรังสีของแสงตัดกันจริง เกิดด้านหน้ากระจกหรือด้านหลังเลนส์ ต้องมีฉากมารับจึงจะมองเห็นภาพ ลักษณะภาพหัวกลับกับวัตถุ มีทั้งขนาดใหญ่กว่าวัตถุ เท่ากับวัตถุ และเล็กกว่าวัตถุ ซึ่งขนาดภาพจะสัมพันธ์กับระยะวัตถุ เช่น ภาพที่ปรากฏบนจอภาพยนตร์ เป็นต้น

2. ภาพเสมือน เกิดจากรังสีของแสงเสมือนตัดกัน ทำให้เกิดภาพด้านหลังกระจกหรือด้านหน้าเลนส์ มองเห็นภาพได้โดยไม่ต้องใช้ฉากรับภาพ ภาพมีลักษณะหัวตั้งเหมือนวัตถุ เช่น ภาพเกิดจากแว่นขยาย เป็นต้น
ตัวอย่างประโยชน์ของกระจกเว้า
1. ทันตแพทย์ใช้ส่องดูฟันผู้ป่วย เพื่อให้เห็นภาพของฟันมีขนาดใหญ่กว่าปกติ

2. ใช้ในกล้องจุลทรรศน์เพื่อช่วยรวมแสงให้ตกที่แผ่นสไลด์ เพื่อทำให้เราเห็นภาพชัดขึ้น

ตัวอย่างประโยชน์ของกระจกนูน
1. ใช้ติดรถยนต์หรือรถจักรยานยนต์เพื่อดูรถที่ตามมาข้างหลัง และจะมองเห็นมุมที่กว้างกว่ากระจกเงาราบ

2. ใช้ติดตั้งบริเวณทางเลี้ยวเพื่อช่วยให้เห็นรถที่วิ่งสวนทางหรืออ้อมมาก็ได้

เลนส์ (lens) คือ วัตถุโปร่งใสที่มีผิวหน้าโค้งทำจากแก้วหรือพลาสติก เลนส์แบ่งออกเป็น 2 ชนิด ได้แก่ เลนส์นูนและเลนส์เว้า
เลนส์นูน (convex lens) คือ เลนส์ที่มีลักษณะหนาตรงกลางและบางที่ขอบ ดังรูป

รูปแสดงลักษณะเลนส์นูน

รูปแสดงส่วนสำคัญและรังสีบางรังสีของเลนส์

เลนส์นูนทำหน้าที่รวมแสงขนานไปตัดกันที่จุดๆ หนึ่ง ซึ่งแนวหรือทิศทางของแสงที่เข้ามายังเลนส์สามารถเขียนแทนด้วยรังสีของแสง ถ้าแสงมาจากระยะไกลมากเรียกระยะนี้ว่า " ระยะอนันต์"เช่น แสงจากดวงอาทิตย์หรือดวงดาวต่างๆ แสงจะส่องมาเป็นรังสีขนาน เมื่อรังสีของแสงผ่านเลนส์จะมีการหักเหและไปรวมกันที่จุดๆ หนึ่งเรียกว่า "จุดโฟกัส (F)" ระยะจากจุดโฟกัสถึงกึ่งกลางเลนส์ เรียกว่า "ความยาวโฟกัส (f)" และเส้นตรงที่ลากผ่านจุดศูนย์กลางความโค้งของผิวทั้งสองของเลนส์เรียกว่า " แกนมุขสำคัญ (principal axis)"
ภาพที่เกิดจากเลนส์นูน

ภาพจากเลนส์นูนเป็นภาพที่เกิดจากรังสีหักเหไปพบกันที่จุดๆ หนึ่ง ซึ่งมีทั้งภาพจริงและภาพเสมือนขึ้นอยู่กับตำแหน่งวัตถุที่วางหน้าเลนส์ ดังรูป รูปแสดงตัวอย่างภาพจริงและภาพเสมือนที่เกิดจากเลนส์นูน

(ก) การเกิดภาพเมื่อวัตถุอยู่ห่างเลนส์นูนระยะไกลกว่าความยาวโฟกัส

(ข) การเกิดภาพเมื่อวัตถุอยู่ห่างจากเลนส์นูนที่ระยะใกล้กว่าความยาวโฟกัส
รูปแสดงตัวอย่างการเกิดภาพที่ตำแหน่งต่างๆ ของเลนส์นูน

เลนส์เว้า (concave lens) คือ เลนส์ที่มีลักษณะบางตรงกลางและหนาที่ขอบ ดังรูป รูปแสดงลักษณะเลนส์เว้า

ภาพที่เกิดจากเลนส์เว้าเมื่อแสงส่องผ่านเลนส์เว้ารังสีหักเหของแสงจะกระจายออก ดังรูป รูปแสดงภาพที่เกิดจากเลนส์เว้าเมื่อวางวัตถุที่ระยะต่างๆ

การหาชนิดและตำแหน่งของภาพจากวิธีการคำนวณ

การหาตำแหน่งภาพที่ผ่านมาใช้วิธีเขียนแผนภาพของรังสี ยังมีอีกวิธีที่ใช้หาตำแหน่งภาพคือ วิธีคำนวณ ซึ่งสูตรที่ใช้ในการคำนวณมีดังต่อไปนี้

สูตร =

เมื่อ m คือ กำลังขยายของเลนส์

I คือ ขนาดหรือความสูงของภาพ

O คือ ขนาดหรือความสูงของวัตถุ

ในการคำนวณหาตำแหน่งและชนิดของภาพจะต้องมีการกำหนดเครื่องหมาย 1 และ 2 สำหรับปริมาณต่างๆ ในสมการดังนี้

1. s มีเครื่องหมาย + ถ้าวัตถุอยู่หน้าเลนส์ และ s มีเครื่องหมาย - ถ้าวัตถุอยู่หลังเลนส์

2. s' มีเครื่องหมาย + ถ้าวัตถุอยู่หลังเลนส์ และ s' มีเครื่องหมาย - ถ้าวัตถุอยู่หน้าเลนส์

3. f ของเลนส์นูนมีเครื่องหมาย + และ f ของเลนส์เว้ามีเครื่องหมาย -

ตัวอย่างที่ 2 วางวัตถุห่างจากเลนส์นูนเป็นระยะ 12 เซนติเมตร ถ้าเลนส์นูนมีความยาวโฟกัส 5 เซนติเมตร จะเกิดภาพชนิดใด และที่ตำแหน่งใด

ตัวอย่างที่ 3 วางวัตถุห่างจากเลนส์นูนเป็นระยะ 25 เซนติเมตร ปรากฏว่าเกิดภาพเสมือนห่างจากเลนส์ 15 เซนติเมตร เลนส์นี้เป็นเลนส์ชนิดใดและมีความยาวโฟกัสเท่าไร

วิธีทำ จากสูตร

ค่า f เป็นลบ มีค่า 37.5 เซนติเมตร เป็นเลนส์เว้า ตอบ

ตัวอย่างที่ 4 วางวัตถุห่างจากเลนส์เว้าเป็นระยะทาง 20 เซนติเมตร เกิดภาพหน้าเลนส์และอยู่ห่างจากเลนส์ 8 เซนติเมตร จงหาความยาวโฟกัสของเลนส์เว้าและกำลังขยายของเลนส์
ความยาวโฟกัสของเลนส์เว้าเท่ากับ 13.3 เซนติเมตร ตอบ

หากำลังขยายใช้สูตร

แทนค่า

= -0.4 ภาพที่เกิดเป็นภาพเสมือน มีกำลังขยายเท่ากับ 0.4 เท่าของวัตถุ ตอบ

ที่มา http://www.maceducation.com/ , http://km.tup.ac.th/

การคำนวณหาตำแหน่งและกำลังขยายของภาพ

สูตรคำนวณหาตำแหน่งและกำลังขยายของภาพ

แสง 2