การหักเหของแสง

            การหักเหของแสง (Refraction) เกิดจากการที่แสงเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางที่มีความหนาแน่นต่างกัน เป็นผลทำให้ทิศทางของแสงเปลี่ยนแปลงไปด้วย ซึ่งในขณะที่แสงเกิดการหักเหก็จะเกิดการสะท้อนของแสงขึ้นพร้อมๆ กันด้วย ดังรูป 

ที่มา  http://ikaen2520.wordpress.com

ที่มา  http://ikaen2520.wordpress.com/1-ฟิสิกส์ท-4/7-การหักเหของแสง

          เมื่อแสงเดินทางผ่านวัตถุหรือตัวกลางโปร่งใส เช่น อากาศ แก้ว น้ำ พลาสติกใส แสงจะสามารถเดินทางผ่านได้เกือบหมด เมื่อแสงเดินทางผ่านตัวกลางชนิดเดียวกัน แสงจะเดินทางเป็นเส้นตรงเสมอ แต่ถ้าแสงเดินทางผ่านตัวกลางหลายตัวกลาง แสงจะหักเห

สาเหตุที่ทำให้แสงเกิดการหักเห

            เกิดจากการเดินทางของแสงจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลาง หนึ่งซึ่งมีความหนาแน่นแตกต่างกัน จะมีความเร็วไม่เท่ากันด้วย โดยแสงจะเคลื่อนที่ในตัวกลางโปร่งกว่าได้เร็วกว่าตัวกลางที่ทึบกว่า เช่น ความเร็วของแสงในอากาศมากกว่าความเร็วของแสงในน้ำ และความเร็วของแสงในน้ำมากกว่าความเร็วของแสงในแก้วหรือพลาสติก

            การที่แสงเคลื่อนที่ผ่านอากาศและแก้วไม่เป็นแนวเส้นตรง เดียวกันเพราะเกิดการหักเหของแสง โดยแสงจะเดินทางจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า ( โปร่งกว่า) ไปยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากกว่า ( ทึบกว่า) แสงจะหักเหเข้าหาเส้นปกติ ในทางตรงข้าม ถ้าแสงเดินทางจากยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากกว่า ไปยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า แสงจะหักเหออกจากเส้นปกติ

ดรรชนีหักเหของตัวกลาง (Index of Refraction)

          การเคลื่อนที่ของแสงในตัวกลางต่างชนิดกันจะมีอัตราเร็วต่างกัน เช่น ถ้าแสงเคลื่อนที่ในอากาศจะมีอัตราเร็วเท่ากับ 300,000,000 เมตรต่อวินาที แต่ถ้าแสงเคลื่อนที่ในแก้วหรือพลาสติกจะมีอัตราเร็วประมาณ 200,000,000 เมตรต่อวินาที การเปลี่ยนความเร็วของแสงเมื่อผ่านตัวกลางต่างชนิดกัน ทำให้เกิดการหักเห อัตราเร็วของแสงในสุญญากาศต่ออัตราเร็วของแสงในตัวกลางใดๆ เรียกว่า ดรรชนีหักเหของตัวกลาง นั้น
ดรรชนีหักเหของตัวกลาง = อัตราเร็วของแสงในสุญญากาศ/ อัตราเร็วของแสงในตัวกลางใด ๆ
( อัตราเร็วของแสงในสุญญากาศ = 3 x 10⁸ เมตร / วินาที)

           การหักเหของแสงทำให้เรามองเห็นภาพของวัตถุอันหนึ่งที่จมอยู่ในก้นสระ ว่ายน้ำอยู่ตื้นกว่าความเป็นจริง ที่เป็นเช่นนี้ก็เพราะว่า แสงจากก้นสระว่ายน้ำจะหักเหเมื่อเดินทางจากน้ำสู่อากาศ ทั้งนี้เพราะความเร็วของแสงที่เดินทางในอากาศเร็วกว่าเดินทางในน้ำ จึงทำให้เห็นภาพของวัตถุอยู่ตื้นกว่าความเป็นจริง

ผลที่เกิดขึ้นจากการหักเหของแสง

          เมื่อมองที่อยู่ในน้ำโดยนัยน์ตาของเราอยู่ในอากาศ จะทำให้มองเห็นวัตถุตื้นกว่าเดิม นอกจากนี้นักเรียนอาจจะเคยสังเกตุว่าสระว่ายน้ำหรือถังใส่น้ำจะมองดูตื้น กว่าความเป็นจริง เพราะแสงต้องเดินทางผ่านน้ำและอากาศแล้วจึงหักเหเข้าสู่นัยน์ตา
* มิราจ ( Mirage ) เป็น ปรากฏการณ์เกิดภาพลวงตา ซึ่ง บางครั้งในวันที่อากาศ เราอาจจะมองเห็นสิ่งที่เหมือนกับสระน้ำบนถนน ที่เป็นเช่นนั้นเพราะว่ามีแถบอากาศร้อนใกล้ถนนที่ร้อน และแถบอากาศที่เย็นกว่า (มีความหนาแน่นมากกว่า) อยู่ข้างบน รังสีของแสงจึงค่อยๆ หักเหมากขึ้น เข้าสู่แนวระดับ จนในที่สุดมันจะมาถึงแถบอากาศร้อนใกล้พื้นถนนที่มุมกว้างกว่ามุมวิกฤต จึงเกิดการสะท้อนกลับหมดนั่นเอง

             * มิราจ ( Mirage ) เป็น ปรากฏการณ์เกิดภาพลวงตา ซึ่ง บางครั้งในวันที่อากาศ เราอาจจะมองเห็นสิ่งที่เหมือนกับสระน้ำบนถนน ที่เป็นเช่นนั้นเพราะว่ามีแถบอากาศร้อนใกล้ถนนที่ร้อน และแถบอากาศที่เย็นกว่า (มีความหนาแน่นมากกว่า) อยู่ข้างบน รังสีของแสงจึงค่อยๆ หักเหมากขึ้น เข้าสู่แนวระดับ จนในที่สุดมันจะมาถึงแถบอากาศร้อนใกล้พื้นถนนที่มุมกว้างกว่ามุมวิกฤต จึงเกิดการสะท้อนกลับหมดนั่นเอง

ที่มา  http://latimesblogs.latimes.com/lanow/2008/05/the-long-and-va.html

             * รุ้งกินน้ำ ( Rainbow) เป็นปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่มักเกิดตอนหลังฝนตกใหม่ ยิ่งเฉพาะมีแดดออกด้วย ซึ่งปรากฏการณ์ดังกล่าวเกิดจากแสงแดดจากดวงอาทิตย์ที่ส่องลงมากระทบกับหยด น้ำฝนหรือละอองน้ำ แล้วจะเกิดการหักเหและการสะท้อนกลับหมดของแสงทำให้เกิดเป็นแถบสีบนท้องฟ้าโดยการหักเหของแสงในหยดน้ำนั้นจะแยกสเปกตรัมของแสงขาวจากแสงแดดออกเป็นแถบสี ต่างๆ 

ที่มา  http://hqdesktop.net/nature-wallpaper-24167/

สิ่งควรทราบเกี่ยวกับการหักเหของแสง

     -  ความถี่ของแสงยังคงเท่าเดิม ส่วนความยาวคลื่น และความเร็วของแสงจะไม่เท่าเดิม
     -  ทิศทางการเคลื่อนที่ของแสง
จะอยู่ในแนวเดิมถ้าแสงตกตั้งฉากกับผิวรอยต่อของตัวกลาง
จะไม่อยู่ในแนวเดิมถ้าแสงไม่ตกตั้งฉากกับผิวรอยต่อของตัวกลาง

กฎการหักเหของแสง

      1.  รังสีตกกระทบ เส้นแนวฉาก และรังสีหักเห อยู่ในระนาบเดียวกัน
      2.  สำหรับตัวกลางคู่หนึ่ง ๆ อัตราส่วนระหว่างค่า sin ของมุมตกกระทบ ในตัวกลางหนึ่งกับค่า sin ของมุมหักเหในอีกตัวกลางหนึ่ง มีค่าคงที่เสมอ

จากกฎข้อ 2 สเนลล์นำมาตั้งเป็นกฎของสเนลล์ได้ดังนี้

ที่มา  https://sites.google.com/site/rooseveltphysics/physicsa

และ     n = c/v

v   =   ความเร็วของแสง ในตัวกลางใด ๆ เมตร/วินาที
n    =   ดัชนีหักเหของแสงในตัวกลาง(ไม่มีหน่วย)
หรือ คือ ดัชนีหักเหสัมพัทธ์ระหว่างตัวกลางที่ 2 เทียบกับตัวกลางที่ 1
c    = ความเร็วแสงในสุญญากาศ ( 3 X 10⁸ m/s )

นั่นคือ ตัวกลางที่มีค่าดัชนีหักเหของแสงน้อย (ความหนาแน่นน้อย) แสงจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง
ตัวกลางที่มีค่าดัชนีหักเหของแสงมาก (ความหนาแน่นมาก) แสงจะเคลื่อนที่ด้วยความต่ำ
ข้อควรจำ n อากาศ = 1 ส่วน n ตัวกลางอื่น ๆ > 1 เสมอ

 การหักเหของแสงเกิดขึ้นได้ 2 แบบ คือ

     1.การหักเหเข้าหาเส้นแนวฉาก เกิดขึ้นเมื่อ
            - แสงเดินทางจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยไปสู่ตัวกลางที่มีความหนาแน่นมาก
            - แสงเดินทางจากตัวกลางที่มีดัชนีหักเหน้อยไปสู่ตัวกลางที่มีดัชนีหักเหมาก
            - แสงเดินทางจากตัวกลางที่มีความเร็วมากไปสู่ตัวกลางที่มีความเร็วน้อย

ที่มา  http://ikaen2520.wordpress.com/1-ฟิสิกส์-4/7-การหักเหของแสง/

 2. การหักเหออกจากเส้นแนวฉาก เกิดขึ้นเมื่อ
            - แสงเดินทางจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากไปสู่ตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อย
            - แสงเดินทางจากตัวกลางที่มีดัชนีหักเหมากไปสู่ตัวกลางที่มีดัชนีหักเหน้อย
            - แสงเดินทางจากตัวกลางที่มีความเร็วน้อยไปสู่ตัวกลางที่มีความเร็วมาก

 ที่มา  http://ikaen2520.wordpress.com/1-ฟิสิกส์-4/7-การหักเหของแสง/

สื่อวีดีโอการทดลองการหักเหของแสง

มุมวิกฤติและมุมสะท้อนกลับหมด

  

          เมื่อแสงเดินทางจากตัวกลางที่มีดรรขนีหักเหมากไปยังตัวกลางที่มีดรรชนีหักเหน้อยรังสีหักเห

จะเบนออกจากเส้นแนวฉาก กรณีที่มุมหักเห เป็น90องศารังสีหักเหจะขนานกับผิวรอยต่อเราเรียกมุมตกกระทบนี้ว่ามุมวิกฤติ 

 ที่มา  http://pirun.ku.ac.th/~fscijsw/Light&device/light/html/body3-2.htm

                       ภาพแสดงการการหักเหของแสงเมื่อแสงเดินทางจากตัวกลางที่มีค่าดรรชนีหักเหน้อยไปตัวกลางที่มีค่าดรรชนีหักเหมาก รังสีเส้นที่1เมื่อแสงตกตั้งฉากกับผิวรอยต่อ แสงจะไม่หักเห รังสีเส้นที่2 และ3 เมื่อรังสีตกทำมุมกับเส้นแนวฉากรังสีจะเบนออกจากเส้นแนวฉาก(มุมหักเหมากกว่ามุมตกกระทบ) จนกระทั่งมุมหักเห ขนานกับผิวรอยต่อเราเรียกมุมตกกระทบที่ทำให้มุมหักเหเป็น90 องศา ว่ามุมวิกฤติ (รังสีเส้นที่4)และถ้ามุมตกกระทบมากกว่ามุมวิกฤติ รังสีจะสะท้อนกลับมาในตัวกลางดิม(รังสีเส้นที่5)

sin 90 = 1 

จาก

ซึ่งจากความสัมพันธ์อาจเขียนได้ดังนี้

            การสะท้อนกลับหมดหมายถึง การที่มุมตกกระทบมีค่ามากกว่ามุมวิกฤตทำให้ไม่มีรังสีหักเห จะมีแต่รังสีสะท้อนเท่านั้นการเกิดการสะท้อนกลับหมดได้แสงต้องเดินทางจากตังกลางที่มีดัชนีหักเหมาก ไปยังตัวกลางที่มีดรรชนีหักเหน้อยในทางคำนวณถ้าโจทย์กล่าวถึงการสะท้อนกลับหมดแสดงว่าแสงเดินทาง จากตัวกลางที่มีดรรชนีหักเหมากไปยังตัวกลางที่มีดรรชนีหักเหน้อย ตามรูปด้านบนคือรังสีเส้นที่4
           การจะหามุมที่สะท้อนกลับหมดต้องหามุมวิกฤตก่อนแล้วสรุปว่ามุมตกกระทบที่จะทำให้เกิด การสะท้อนกลับหมดได้ต้องมีค่ามากกว่ามุมวิกฤตเราสามารถนำหลักการสะท้อนกลับหมดของแสงไปใช้ได้ หลายๆอย่าง

 

ตัวอย่างของการสะท้อนกลับหมด

ที่มา  http://pirun.ku.ac.th/~fscijsw/Light&device/light/html/body3-3.htm

          เส้นใยนำแสงเป็นตัวอย่างหนึ่งของการนำหลักการสะท้อนกลับหมดมาใช้ โดยทั่วไปจะทำจากแก้ว ที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์ประมาณ 0.01-0.1 มม.นำเส้นใยนับพันเส้นมารวมกัน โดยใช้สารซึ่งมีดรรชนี หักเหน้อยกว่าแก้วยึดเส้นใยนี้ไว้ด้วยกัน ( เหตุที่ต้องใช้สารที่มีดรรชนีหักเหน้อยกว่าแก้วเพื่อให้เกิด การสะท้อนกลับหมดภายในแก้ว) ซึ่งเส้นใยเหล่านี้มีขนาดเล็กมาก จึงสามารถดัดให้โค้งงอเป็นวงได้ โดยไม่แตกหัก เมื่อแสงเดินทางเข้าสู่ปลายเส้นใยนำแสงด้านหนึ่งแสงจะผ่านๆไปในแก้วเมื่อถึงผิวที่ โค้งงอก็จะเกิดการสะท้อนกลับหมดอยู่ภายในเส้นใยนำแสงจนกระทั่งออกมาที่ปลายอีกด้านหนึ่งตามภาพด้านซ้าย 

เส้นใยนำแสงสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้หลายทาง
       ประโยชน์ด้านการแพทย์ - นำมาสร้างเป็นไฟเบอร์สโคป(หรือ แอนโดสโคป ดูภาพด้านล่าง ) ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ดูอวัยวะภายในได้โดยสอดเข้าทางปากเพื่อตรวจร่างกาย
      ประโยชน์ด้านการสื่อสาร - โดยการส่งสัญญาณด้วยแสงเข้าไปในเส้นใยนำแสง แทนการส่งสัญญาณไฟฟ้าเข้าไปในตัวนำโลหะซึ่งสามารถป้องกันการรบกวนจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ความลึกจริง ความลึกปรากฏ

           เป็นปรากฏการณ์ที่ผู้สังเกต มองดูวัตถุซึ่งอยูในตัวกลางที่ต่างจากตาของผู้สังเกต แล้วทำให้มองเห็นภาพที่ปรากฏอยู่คนละตำแหน่งกับวัตถุจริง  ซึ่งเกิดจากการหักเหของแสง

        การที่ตาของคนจะมองเห็นภาพได้ จะต้องมีรังสีของแสงออกจากวัตถุเดินทางเข้าสู่ตาคน  แต่เนื่องจากแสงเดินทางผ่านตัวกลางที่ต่างกันจึงทำให้เกิดมุมหักเห ทำให้ทางเดินแสงเปลี่ยนไป เมื่อแสงเข้าสู่ตาทำให้ผู้มองเห็นภาพที่ปรากฏไม่ได้อยู่ที่ตำแหน่งเดียวกับวัตถุจริง ทำให้เกิดปรากฏการณ์ความลึกจริงและลึกปรากฏ 

ที่มา  http://ikaen2520.wordpress.com

การคำนวณ ความลึกจริง  ความลึกปรากฏ

            1. การมองเอียง   

                 2. การมองตรง

ที่มา  http://ikaen2520.wordpress.com/1-ฟิสิกส์ม-4/7-การหักเหของแสง/

          ถ้าวัตถุอยู่ในตัวกลาง( nว) ที่มีค่าค่าดรรชนีหักเหแสงมาก   ตาผู้สังเกตอยู่ในตัวกลาง( nต) ที่มีดรรชนีหักเหแสงน้อย ผลคือจะเห็นภาพอยู่ใกล้ผิวรอยต่อตัวกลาง(ถ้าคนอยู่ในอากาศ มองวัตถุที่อยู่ในน้ำ จะเห็นภาพอยู่ตื้นกว่าปกติ)   ถ้าในทางกลับกันวัตถุอยู่ในตัวกลาง( nว) ที่มีค่าค่าดรรชนีหักเหแสงน้อย   ตาผู้สังเกตอยู่ในตัวกลาง( nต) ที่มีดรรชนีหักเหแสงมาก ผลคือจะเห็นภาพอยู่ใกลผิวรอยต่อตัวกลางมากขึ้น(ถ้าคนดำน้ำ มองวัตถุที่อยู่ในอากาศ จะเห็นภาพอยู่สูงจากผิวน้ำมากกว่าปกติ)

ที่มา  http://ikaen2520.wordpress.com/1-ฟิสิกส์ม-4/7-การหักเหของแสง/

เลนส์บาง

               เลนส์ ลำแสงขนานอาจทำให้มารวมกันที่จุดรวมแสงได้โดยการหักเห ถ้าหากผิวตัวกลางนั้นมีความโค้ง ดังรูป เมื่อมีแสงขนานมาตกกระทบผิวโค้งของแท่งแก้วจะมีการหักเหไปรวมกันที่จุด F จุด F นี้เรียกว่า จุดโฟกัส เมื่อแท่งแก้วมีผิวโค้งทั้งสองด้านเรียกว่า เลนส์ ( lens ) โดยการใช้กฎของสเนลล์ เราอาจหามุมที่เบน ไปของทั้งสองผิวได้ แต่เพื่อความสะดวกจะพูดถึงในกรณีของเลนส์บาง ซึ่งมีที่ใช้ประโยชน์มากมาย

             เลนส์บางนั้น ความหนาของเลนส์น้อยมากเมื่อเทียบกับรัศมีความโค้งและ ทางยาวโฟกัสของเลนส์นั้นเลนส์จะมีรูปร่างต่างๆกัน เลนส์ที่ตรงกลางหนากว่าด้านริมเป็น เลนส์นูน รวมแสง และเลนส์ที่ตรงส่วนกลางบางกว่าส่วนริมเป็น เลนส์เว้า กระจายแสง

ที่มา  http://pirun.ku.ac.th/~fscijsw/Light&device/light/html/body3-5.htm

        การเกิดภาพของเลนส์บาง –เลนส์บางเมื่อแสงเดินทางผ่านเลนส์จะหักเหน้อยมาก เราจึงคิดเสมือนว่าไม่มีการหักเห

        เลนส์เว้า คือเลนส์ที่มีความหนาขอบเลนส์มากกว่าความหนาตรงกลางอาจทำด้วยแก้วหรือพลาสติกก็ได้ มีหลายชนิด

      ในตัวกลางหนึ่งๆความยาวโฟกัสของเลนส์เว้ามีค่าเดียวไม่ว่าจะทำ ด้านใดของเลนส์รับแสงก็ตามแต่เมื่อวางเลนส์เว้าไว้ในตัวกลาง ชนิดต่างกัน ความยาวของโฟกัสของเลนส์เว้าจะเปลี่ยนไปด้วย คือ ถ้าตัวกลางมีดรรชนีหักเหมากความยาวโฟกัสของเลนส์จะ มากถ้าตัวกลางมีดรรชนีหักเหน้อยความยาวโฟกัสของเลนส์ จะมีค่าน้อย เช่น วางเลนส์ในน้ำจะมีความยาวโฟกัสมากกว่า เมื่อวางในอากาศ หน้าที่ของเลนส์เว้า-ทำหน้าที่กระจาย(แสงคล้ายกระจกนูน)

 ส่วนประกอบของเลนส์เว้า ตามภาพดานล่าง                                                                                            

F1 และ F2 คือ จุดโฟกัสอยู่ด้านหน้าและหลังของเลนส์

เส้นที่ลากผ่านเลนส์ในแนวจุดโฟกัสทั้ง2 ( F1และF2 ) คือ แกนมุขสำคัญ

Cหรือ2Fเป็นจุดศูนย์กลางความโค้งของผิวทั้ง2เลนส์เว้า

O คือ ตำแหน่งของวัตถุ วางไว้หน้าเลนส์ I คือ ตำแหน่งของภาพที่เกิดจากวัตถุ

ที่มา   http://pirun.ku.ac.th/~fscijsw/Light&device/light/html/body3-6.htm

       ในกรณีที่รังสีตกขนานแนวแกนมุขสำคัญ รังสีจะเบนออกแต่เมื่อต่อแนวรังสีเสมือนจะผ่านจุดโฟกัสหน้าเลนส์ ( ตามภาพคือ รังสีเส้นที่ 1)

     กรณีแนวรังสีตกกระทบผ่านจุดศูนย์กลางเลนส์ แนวรังสีหักเหจะอยู่แนวเดียวกับรังสีตกกระทบ ( ตามภาพคือ รังสีเส้นที่ 2 )

     กรณีที่แนวรังสีตกกระทบผ่านจุดโฟกัสพอดี แนวรังสีหักเหจะขนานแกนมุขสำคัญ ( ตามภาพคือ รังสีเส้นที่ 3 ) 

       เลนส์นูน  เป็นตัวกลางโปร่งใสอาจทำด้วยแก้วหรือพลาสติกก็ได้โดยความหนาแน่นตรงกลางของเลนส์นูนจะมากกว่าความหนาที่ขอบมีหลายชนิดตามรูป

        ในตัวกลางหนึ่งความยาวโฟกัสของเลนส์นูนจะมีเพียงค่าเดียวไม่ว่าในด้านใดรับแสงก็ตาม แต่เมื่อวางเลนส์นูนในตัวกลางต่างชนิดกัน ความยาวโฟกัสของเลนส์นูนจะเปลี่ยนไปด้วยคือตัวกลางที่มีดรรชนีหักเหมากความยาวโฟกัสของเลนส์จะมีค่ามาก ถ้าตัวกลางที่มีดรรชนีหักเหน้อยความยาวโฟกัส ของเลนส์นูนจะมีค่าน้อย ( เหมือนกับกรณีของเลนส์เว้า ) สำหรับส่วนประกอบของเลนส์นูนก็เช่นเดียวกับเลนส์เว้า

ที่มา  http://pirun.ku.ac.th/~fscijsw/Light&device/light/html/body3-7.htm

      ในตัวกลางหนึ่งความยาวโฟกัสของเลนส์นูนจะมีเพียงค่าเดียวไม่ว่าในด้านใดรับแสงก็ตาม   แต่เมื่อวางเลนส์นูนในตัวกลางต่างชนิดกัน   ความยาวโฟกัสของเลนส์นูนจะเปลี่ยนไปด้วยคือตัวกลางที่มีดรรชนีหักเหมากความยาวโฟกัสของเลนส์จะมีค่ามาก      ถ้าตัวกลางที่มีดรรชนีหักเหน้อยความยาวโฟกัส ของเลนส์นูนจะมีค่าน้อย ( เหมือนกับกรณีของเลนส์เว้า ) สำหรับส่วนประกอบของเลนส์นูนก็เช่นเดียวกับเลนส์เว้า

ที่มา  http://pirun.ku.ac.th/~fscijsw/Light&device/light/html/body3-7.htm

ในกรณีที่แนวรังสีตกขนานแกนมุขสำคัญ            แนวรังสีหักเหจริงจะผ่านจุดโฟกัสหลังเลนส์พอดี     (รังสีเส้นที่1)
 กรณีแนวรังสีตกกระทบผ่านจุดศูนย์กลางเลนส์     แนวรังสีหักเหจะอยู่แนวเดียวกับรังสีตกกระทบ(รังสีเส้นที่2)

  กรณีแนวรังสีตกกระทบผ่านจุดโฟกัสแนวรังสีจะหักเหขนานแกนมุขสำคัญ(รังสีเส้นที่3)
     การหาตำแหน่งชนิดและลักษณะภาพจากสูตรคำนวณ
 สูตรความยาวโฟกัส 
 โดย   โฟกัส f เป็น + สำหรับเลนส์นูน  -สำหรับเลนส์เว้า
        ระยะวัตถุ s เป็น+ ทั้งเลนส์นูนและเลนส์เว้า 
        ระยะภาพ s’เป็น+สำหรับภาพจริง  เป็น-สำหรับภาพเสมือน
  สูตรกำลังขยาย

                สรุปการเกิดภาพจากเลนส์บาง

ตารางสรุปเลนส์นูน 

ตำแหน่งของวัตถุ (s)		ตำแหน่งของภาพ(s')	ลักษณะของภาพ
s= infinity		s'=f	ภาพจริง เป็นจุดเล็กๆอยู่หลังเลนส์
s>2f		s'<f	ภาพจริง หัวกลับ ขนาดเล็กกว่าวัตถุ อยู่หลังเลนส์
s=2f		s'<f	ภาพจริง หัวกลับ ขนาดเท่าวัตถุ อยู่หลังเลนส์
2f>s>f		s'<f	ภาพจริง หัวกลับ ขนาดใหญ่กว่าวัตถุ อยู่หลังเลนส์
s=f		s'<f	ระบุภาพไม่ได้
s<f		s'<f	ภาพเสมือน หัวตั้ง ขนาดใหญ่กว่าวัตถุ อยู่หน้าเลนส์

     ภาพจาก เลนส์เว้าจะเป็นภาพเสมือนหัวตั้ง ขนาดเล็กกว่าวัตถุ อยู่หน้าเลนส์ เสมอไม่ว่าระยะวัตถุจะเป็นเท่าไรก็ตาม

               เลนส์นูนและกระจกเว้า
           1. เกิดภาพจริงหรือเสมือนก็ได้ 
           2. ภาพจริงหัวกลับอยู่หลังเลนส์นูนหรือหน้าเลนส์เว้า 
           3. ภาพเสมือนหัวตั้งอยู่หน้าเลนส์นูนหรือหลังกระจกเว้า 
           4. ภาพจริงอาจมีขนาดใหญ่กว่าวัตถุ เท่ากับวัตถุหรือเล็กกว่าวัตถุก็ได้ 
           5. ภาพเสมือนมีขนาดใหญ่กว่าวัตถุ

           เลนส์เว้าและกระจกนูน
           1. เกิดภาพเสมือน หัวตั้งอยู่หน้าเลนส์เว้าหรืออยู่หลังกระจกนูน 
           2. ภาพเสมือน หัวตั้งอยู่หน้าเลนส์เว้าหรืออยู่หลังกระจกนูน 
           3. ภาพเสมือนมีขนาดเล็กกว่าวัตถุ 

การหักเหของแสง

          การหักเหของแสง (Refraction) เกิดจากการที่แสงเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางที่มีความหนาแน่นต่างกัน เป็นผลทำให้ทิศทางของแสงเปลี่ยนแปลงไปด้วย ซึ่งในขณะที่แสงเกิดการหักเหก็จะเกิดการสะท้อนของแสงขึ้นพร้อมๆ กันด

                                                               

 

ที่มา http://ikaen2520.wordpress.com

        เมื่อแสงเดินทางผ่านวัตถุหรือตัวกลางโปร่งใส เช่น อากาศ แก้ว น้ำ พลาสติกใส แสงจะสามารถเดินทางผ่านได้เกือบหมด เมื่อแสงเดินทางผ่านตัวกลางชนิดเดียวกัน แสงจะเดินทางเป็นเส้นตรงเสมอ แต่ถ้าแสงเดินทางผ่านตัวกลางหลายตัวกลาง แสงจะหักเห

สาเหตุที่ทำให้แสงเกิดการหักเห

          เกิดจากการเดินทางของแสงจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลาง หนึ่งซึ่งมีความหนาแน่นแตกต่างกัน จะมีความเร็วไม่เท่ากันด้วย โดยแสงจะเคลื่อนที่ในตัวกลางโปร่งกว่าได้เร็วกว่าตัวกลางที่ทึบกว่า เช่น ความเร็วของแสงในอากาศมากกว่าความเร็วของแสงในน้ำ และความเร็วของแสงในน้ำมากกว่าความเร็วของแสงในแก้วหรือพลาสติก

การที่แสงเคลื่อนที่ผ่านอากาศและแก้วไม่เป็นแนวเส้นตรง เดียวกันเพราะเกิดการหักเหของแสง โดยแสงจะเดินทางจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า ( โปร่งกว่า) ไปยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากกว่า ( ทึบกว่า) แสงจะหักเหเข้าหาเส้นปกติ ในทางตรงข้าม ถ้าแสงเดินทางจากยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากกว่า ไปยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า แสงจะหักเหออกจากเส้นปกติ

ดรรชนีหักเหของตัวกลาง (Index of Refraction)

          การเคลื่อนที่ของแสงในตัวกลางต่างชนิดกันจะมีอัตราเร็วต่างกัน เช่น ถ้าแสงเคลื่อนที่ในอากาศจะมีอัตราเร็วเท่ากับ 300,000,000 เมตรต่อวินาที แต่ถ้าแสงเคลื่อนที่ในแก้วหรือพลาสติกจะมีอัตราเร็วประมาณ 200,000,000 เมตรต่อวินาที การเปลี่ยนความเร็วของแสงเมื่อผ่านตัวกลางต่างชนิดกัน ทำให้เกิดการหักเห อัตราเร็วของแสงในสุญญากาศต่ออัตราเร็วของแสงในตัวกลางใดๆ เรียกว่า ดรรชนีหักเหของตัวกลางนั้น
ดรรชนีหักเหของตัวกลาง = อัตราเร็วของแสงในสุญญากาศ/ อัตราเร็วของแสงในตัวกลางใด ๆ
( อัตราเร็วของแสงในสุญญากาศ = 3 x 10⁸ เมตร / วินาที)

           การหักเหของแสงทำให้เรามองเห็นภาพของวัตถุอันหนึ่งที่จมอยู่ในก้นสระ ว่ายน้ำอยู่ตื้นกว่าความเป็นจริง ที่เป็นเช่นนี้ก็เพราะว่า แสงจากก้นสระว่ายน้ำจะหักเหเมื่อเดินทางจากน้ำสู่อากาศ ทั้งนี้เพราะความเร็วของแสงที่เดินทางในอากาศเร็วกว่าเดินทางในน้ำ จึงทำให้เห็นภาพของวัตถุอยู่ตื้นกว่าความเป็นจริง

          เมื่อมองที่อยู่ในน้ำโดยนัยน์ตาของเราอยู่ในอากาศ จะทำให้มองเห็นวัตถุตื้นกว่าเดิม นอกจากนี้นักเรียนอาจจะเคยสังเกตุว่าสระว่ายน้ำหรือถังใส่น้ำจะมองดูตื้น กว่าความเป็นจริง เพราะแสงต้องเดินทางผ่านน้ำและอากาศแล้วจึงหักเหเข้าสู่นัยน์ตา
* มิราจ ( Mirage ) เป็น ปรากฏการณ์เกิดภาพลวงตา ซึ่ง บางครั้งในวันที่อากาศ เราอาจจะมองเห็นสิ่งที่เหมือนกับสระน้ำบนถนน ที่เป็นเช่นนั้นเพราะว่ามีแถบอากาศร้อนใกล้ถนนที่ร้อน และแถบอากาศที่เย็นกว่า (มีความหนาแน่นมากกว่า) อยู่ข้างบน รังสีของแสงจึงค่อยๆ หักเหมากขึ้น เข้าสู่แนวระดับ จนในที่สุดมันจะมาถึงแถบอากาศร้อนใกล้พื้นถนนที่มุมกว้างกว่ามุมวิกฤต จึงเกิดการสะท้อนกลับหมดนั่นเอง

                                                   

ที่มา http://ikaen2520.wordpress.com

รุ้งกินน้ำ ( Rainbow) เป็นปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่มักเกิดตอนหลังฝนตกใหม่ ยิ่งเฉพาะมีแดดออกด้วย ซึ่งปรากฏการณ์ดังกล่าวเกิดจากแสงแดดจากดวงอาทิตย์ที่ส่องลงมากระทบกับหยด น้ำฝนหรือละอองน้ำ แล้วจะเกิดการหักเหและการสะท้อนกลับหมดของแสงทำให้เกิดเป็นแถบสีบนท้องฟ้า โดยการหักเหของแสงในหยดน้ำนั้นจะแยกสเปกตรัมของแสงขาวจากแสงแดดออกเป็นแถบสี ต่างๆ 

ที่มา http://ikaen2520.wordpress.com

สิ่งควรทราบเกี่ยวกับการหักเหของแสง

-  ความถี่ของแสงยังคงเท่าเดิม ส่วนความยาวคลื่น และความเร็วของแสงจะไม่เท่าเดิม
-  ทิศทางการเคลื่อนที่ของแสงจะอยู่ในแนวเดิมถ้าแสงตกตั้งฉากกับผิวรอยต่อของตัวกลางจะไม่อยู่ในแนวเดิมถ้าแสงไม่ตกตั้งฉากกับผิวรอยต่อของตัวกลาง

กฎการหักเหของแสง

1.  รังสีตกกระทบ เส้นแนวฉาก และรังสีหักเห อยู่ในระนาบเดียวกัน

2.  สำหรับตัวกลางคู่หนึ่ง ๆ อัตราส่วนระหว่างค่า sin ของมุมตกกระทบ ในตัวกลางหนึ่งกับค่า sin ของมุมหักเหในอีกตัวกลางหนึ่ง มีค่าคงที่เสมอ

การหักเหของแสงเกิดขึ้นได้ 2 แบบ คือ

1.การหักเหเข้าหาเส้นแนวฉาก เกิดขึ้นเมื่อ
- แสงเดินทางจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยไปสู่ตัวกลางที่มีความหนาแน่นมาก
- แสงเดินทางจากตัวกลางที่มีดัชนีหักเหน้อยไปสู่ตัวกลางที่มีดัชนีหักเหมาก
- แสงเดินทางจากตัวกลางที่มีความเร็วมากไปสู่ตัวกลางที่มีความเร็วน้อย

ที่มา http://ikaen2520.wordpress.com

2. การหักเหออกจากเส้นแนวฉาก เกิดขึ้นเมื่อ

- แสงเดินทางจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากไปสู่ตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อย

- แสงเดินทางจากตัวกลางที่มีดัชนีหักเหมากไปสู่ตัวกลางที่มีดัชนีหักเหน้อย

- แสงเดินทางจากตัวกลางที่มีความเร็วน้อยไปสู่ตัวกลางที่มีความเร็วมาก 

ที่มา http://ikaen2520.wordpress.com