คลื่นแสง

                        
                      คลื่นแสง (Light)

      แสง (light) คือ คลื่นชนิดหนึ่งและมีพลังงานการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงความยาวคลื่นที่สายตามนุษย์มองเห็น หรือบางครั้งอาจรวมถึงการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงความยาวคลื่นตั้งแต่รังสีอินฟราเรดถึงรังสีอัลตราไวโอเลต แสงช่วงที่ตาสามารถ มองเห็นมีค่าอยู่ระหว่าง 400 – 700 นาโนเมตร และมีความถี่อยู่ในช่วง 103-105 เฮิรตซ์ โดยแสงสีม่วงซึ่งมีความยาวคลื่นน้อยที่สุด หรือ ความถี่สูงสุด ส่วนแสงสีอื่น ๆ ให้สเปคตรัมของแสงในช่วงนี้ก็มีความยาวคลื่นสูงขึ้นตามลำดับ จนถึงแสงสีแดงมีความยาวคลื่นมากที่สุดหรือมีความถี่ต่ำที่สุด

ทีนี้ เรามาดูกันว่า แสงเป็นอนุภาคหรือคลื่นกันน้า??? 

ถ้าเราดูคลิปจบแล้วจะสรุปได้ว่า แสงเป็นได้ทั้งคลื่นและอนุภาค (ทวิภาคของคลื่น)นั่นเอง


คุณสมบัติของคลื่นแสง

1. การสะท้อนของแสง แสงที่เดินทางจากตัวกลางที่โปร่งแสงไปสู่ตัวกลางที่โปร่งใส  เช่น  จากแก้วไปสู่อากาศ ถ้ามุมตกกระทบน้อย   กว่า  42  องศา  แสงบางส่วนจะสะท้อนกลับและบางส่วนจะทะลุออกอากาศ แต่ถ้าที่มุมแก้วตกกระทบแก้วกับ  42  องศา  แสงจะสะท้อนกลับคืนสู่แก้วหมดไม่มีแสงออกจากอากาศเลย  ลักษณะเช่นนี้เรียกว่า  การสะท้อนกลับหมด  นั้นคือ  รอยต่อแก้วกับอากาศทำหน้าที่เสมือนการตกกระทบที่จะทำให้แสงสะท้อนกลับหมด  ซึ่งจะมีค่าแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับชนิดของตัวกลาง
เมื่อแสงตกกระทบวัตถุ แสงบ่างส่วนจะสะท้อนจากวัตถุ  ถ้าแสงสะท้อนจากวัตถุเข้าสู่นัยน์ตาจะเกิดการมองเห็นและรับรู้เกี่ยวกับวัตถุนั้นได้
จากรูป    เมื่อแสงตกกระทบวัตถุทึบแสงผิงเรียบสามารถใช้เส้นตรงและหัวลูกศรแสดงทิศทางของรังสีตกกระทบและรังสีสะท้อน  เมื่อลากเส้นทางเดินของแสงเมื่อตกกระทบวัตถุจะเกิดมุม 2  มุม  โดยเรียกมุมอยู่ระหว่างรังสีตกกระทบกับเส้นปกติกว่า”มุมตกกระทบ” และเรียกมุมที่อยู่ระหว่างรังสีสะท้อนกับเส้นปกติว่า”มุมสะท้อน”   ซึ่งการสะท้อนแสงบนผิววัตถุอธิบายได้ด้วย กฎการสะท้อน  ดังนี้           1.  รังสีตกกระทบ  เส้นปกติ  และรังสีสะท้อนอยู่ในระนาบเดียวกัน           2.  มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน           เมื่อแสงตกกระทบวัตถุผิวเรียบเกิดการสะท้อนของแสงอย่างเป็นระเบียบ  แต่ถ้าแสงตกกระทบพื้นผิวขรุขระ  แสงสะท้อนจะสะท้อนอย่างกระจัดกระจาย
มุมวิกฤต  (criticsl  angle)  เป็นมุมตกกระทบค่าหนึ่งทำให้เกิดมุมหักเหมีค่าเป็น  90  องศา  มุมวิกฤตจะเกิดขึ้นได้เมื่อรังสีตกกระทบผ่านตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากไปยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า  เช่น  เมื่อแสงผ่านแก้วสู่อากาศด้วยมุมวิกฤต จะทำให้แนวรังสีหักเหทับอยู่บนรอยต่อของตัวกลางทั้งสอง
มิราจ  (mirage)  หรือภาพลวงตา  เป็นปรากฏการณ์ซึ่งเกิดจากการหักเหของแสงเนื่องจากชั้นของอากาศที่แสงเดิมทางผ่านมีอุณหภูมิต่างกัน  แล้วเกิดการสะท้อนกลับหมด  เช่น             -   การมองเห็นต้นไม้กลับหัว             -   การมองเห็นเหมือนมีน้ำหรือน้ำมันนองพื้นถนน  ในวันที่มีอากาศร้อนจัด                 -  การมองเห็นภาพบิดเบี้ยว  เนื่องจากไอของความร้อนขยายตัวลอยสูงขึ้นจากผิวถนน

2. การหักเหของแสง

แสงเมื่อเดินทางจากตัวกลางหนึ่งไปยังตัวกลางอีกชนิดหนึ่งที่เป็นตัวกลางโปร่งใสและมีความหนาแน่นไม่เท่ากัน  ความเร็วในการเดินทางของแสงจะเปลี่ยนไป           เมื่อแสงเดินทางจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากไปสู่ตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อย แสงจะหักเหออกจากเส้นปกติ           ถ้าแสงเดินทางจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากไปหาตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยแสงจะหักเหออกจาเส้นปกติ  ดังนั้นแสงเมื่อเดินทางในตัวกลางที่มีความหนาแน่นมาก  ความเร็วของแสงจะลดลง  จึงทำให้ลำแสงเบนไปจากแนวเดิม  เรียกว่า  แสงเกิดการหักเห

แสงเมื่อเดินทางตกกระทบผิวหน้าของวัตถุอันหนึ่ง   เช่น  แสงเดินทางจากอากาศมากระทบแก้วโปร่งใส  แสงส่วนหนึ่งจะสะท้อนกลับ  อีกส่วนหนึ่งจะเดินทางผ่านเข้าไปในแก้ว  และแสงจะหักเหเข้าหาเส้นปกติ   เมื่อแสงเดินทางออกจากแก้วมาสู่อากาศ  แสงจะหักเหออกจากเส้นปกติ  ลำแสงก่อนตกกระทบแก้ว  และลำแสงที่ออกจากแก้วจึงมีลักษณะขนานกัน           เมื่อจุ่มหลอดดูดลงไปในน้ำที่บรรจุอยู่ในถ้วยแก้วจึงมองดูเหมือนกับว่าหลอดดูดส่วนที่จมอยู่ในน้ำโค้งงอ  มีขนาดใหญ่กว่าส่วนที่อยู่เหนือน้ำ   และปลาย ล่างสุดของหลอดดูดสูงขึ้นมากันแก้วที่เป็นเช่นนี้เพราะแสงจากหลอดดูดเกิดการหักเห ขณะเดินทางผ่านน้ำผ่านแก้ว  และผ่านอากาศมาเข้าตาของเรา           การหักเหของแสงทำให้เรามองเห็นภาพของวัตถุอันหนึ่งที่จมอยู่ก้นสระน้ำอยู่ตื้นกว่า ความเป็นจริงที่เป็นเช่นนี้ก็เพราะแสงจากก้นสระว่ายน้ำจะหักเหเมื่อเดินทางจากน้ำสู่อากาศ  ทั้งนี้เพราะความเร็วของแสงที่เดินทางในอากาศเร็วกว่าเดินทางในน้ำ  จึงทำให้้แสงช่วงที่ออกจากน้ำสู่อากาศหักเหออกจากเส้นปกติ  จึงทำให้เห็นภาพของวัตถุอยู่ตื้นกว่าความเป็นจริง

3. การแทรกสอดของคลื่น

            การแทรกสอด เกิดขึ้นจากการที่คลื่นต่อเนื่องจากแหล่งกำเนิดอาพันธ์(ส่งคลื่นที่มีความถี่คงที่ ความยาวคลื่นและอัตราเร็วคลื่นคงที่)  ตั้งแต่สองแหล่งกำเนิดขึ้นไปเดินทางมาพบกันจะเกิดการแทรกสอดหรือเกิดการรวมกันของคลื่น  แบ่งได้ 2 แบบ คือ   

           1.ตำแหน่งที่เกิดการรวมแบบเสริมกัน จะมีค่าแอมพลิจูดมาก เรียกตำแหน่งนี้ว่าปฏิบัพ(Antinode : A)

          2.ตำแหน่งที่เกิดการรวมแบบหักล้างกันจะมีค่าแอมพลิจูดน้อยเกือบเป็นศูนย์ เรียกตำแหน่งนี้ว่าบัพ(node : N)

4. การเลี้ยวเบน

     ถ้าเราวางวัตถุทึบแสงไว้ระหว่างฉากกับจุดกำเนิดแสงที่สว่างมากเราจหะเห็นขอบของเงาวัตถุนั้นบนฉากพร่ามัว เป็นแถบมืดแถบสว่างสลับกันดังรูปที่เป็นเช่นนี้ เพราะแสงเกิดการเลี้ยวเบนทำให้เกิดการเลี้ยวเบนทำให้เกิดการแทรกสอดเป็นแถบมืดและแถบสว่าง

การเลี้ยวเบนของแสงผ่านวัตถุรูปดาว

จากรูป ถ้า ให้แสงที่มีความสว่างมากผ่านวัตถุรูปดาวจะทำให้ เกิดแถบมืดและแถบสว่างที่ขอบในและขอบนอกของรูปดาวปรากฏบนฉาก เพราะคลื่นแสงที่เลี้ยวเบนจากขอบในและขอบนอกของรูปดาวเป็นเสมือนแหล่งกำเนิด แสงใหม่จึงเกิดการแทรกสอดกันเองทำให้เกิดแถบสว่างและแถบมืดทั้งขอบนอกและขอบ ในของวัตถุรูปดาว

อัตราเร็วของคลื่นแสง

การวัดความเร็วของแสงบนโลกนั้นกระทำสำเร็จเป็นครั้งแรกโดย Hippolyte Fizeau ในปี ค.ศ. 1849 เขาทำการทดลองโดยส่องลำของแสงไปยังกระจกเงาซึ่งอยู่ห่างออกไปหลายพันเมตรผ่านซี่ล้อ ในขณะที่ล้อนั้นหมุนด้วยความเร็วคงที่ ลำแสงพุ่งผ่านช่องระหว่างซี่ล้อออกไปกระทบกระจกเงา และพุ่งกลับมาผ่านซี่ล้ออีกซี่หนึ่ง จากระยะทางไปยังกระจกเงา จำนวนช่องของซี่ล้อ และความเร็วรอบของการหมุน เขาสามารถทำการคำนวณความเร็วของแสงได้ 313,000 กิโลเมตรต่อวินาที

 Albert A. Michelson ได้ทำการพัฒนาการทดลองในปี ค.ศ. 1926 โดยใช้กระจกเงาหมุน ในการวัดช่วงเวลาที่แสงใช้ในการเดินทางไปกลับจาก ยอด Mt. Wilson ถึง Mt. San Antonio ซึ่งการวัดนั้นได้ 299,796 กิโลเมตร/วินาที

ประโยชน์ของคลื่นแสง 

ประโยชน์ของแสงสามารถแบ่งได้เป็น 2 ทาง 

1.ประโยชน์จากแสงทางตรง   เช่น  การทำนาเกลือ  การทำอาหารตากแห้ง  การตากผ้า  การฆ่าเชื้อโรคในน้ำดื่ม ต้องอาศัยความร้อนจากแสงอาทิตย์  การแสดงหนังตะลุง และภาพยนตร์ ต้องใช้แสงเพื่อทำให้เกิดเงาบนจอ  การมองเห็นก็ถือเป็นการใช้ประโยชน์จากแสงทางตรง
2.ประโยชน์จากแสงทางอ้อม   เช่น ทำให้เกิดวัฏจักรของน้ำ  (การเกิดฝน)  พืชและสัตว์ที่เรารับประทาน ก็ได้รับการถ่ายทอดพลังงานมาจากแสงอาทิตย์

    โทษของคลื่นแสง

      แสงอัลตราไวโอเลตที่มีพลังงานสูง ในแสงแดด อาจทำลายจอประสาทตา และเลนส์

ตา จนเสื่อมสภาพ เกิดเป็นโรคต้อกระจก อาจลุกลามจนตาบอดได้ ถ้าเรามองแสงอาทิตย์ 

โดยตรงเป็นเวลานานๆโดยไม่มีอุปกรณ์ป้องกัน  และ แสง ยูวี บี มีส่วนทำให้ผิวหนังไหม้เกรียม มีส่วนทำให้เกิดมะเร็งผิวหนังได้ 

  

สเปกตรัมและแสงที่เห็นได้

แสงคือรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่อยู่ในช่วงสเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่สามารถมองเห็นได้ คือ อยู่ในย่านความถี่ 380 THz (3.8×10¹⁴ เฮิรตซ์)

ถึง 789 THz

(7.5×10¹⁴ 

เฮิรตซ์

) 

    ความเร็วของแสงในสุญญากาศมีค่าคงที่ ดังนั้นเราจึงสามารถแยกแยะแสงโดยใช้ตามความยาวคลื่นได้ โดยแสงที่เรามองเห็นได้ข้างต้นนั้นจะมีความยาวคลื่นอยู่ในช่วง 400 

นาโนเมตร และ 800nm ในสูญญากาศ

การมองเห็นของมนุษย์นั้นเป็นผลมาจากภาวะอนุภาคของแสงโดยเฉพาะ เกิดจากการที่ก้อนพลังงาน (อนุภาคโฟตอน) แสง ไปกระตุ้น เซลล์รูปแท่งในจอตา(rod cell) และ เซลล์รูปกรวยในจอตา(cone cell) ที่จอตา (retina) ให้ทำการสร้างสัญญาณไฟฟ้าบนเส้นประสาท และส่งผ่านเส้นประสาทตาไปยังสมอง ทำให้เกิดการรับรู้มองเห็น

                                         

ที่มา 

https://www.youtube.com/watch?v=XEljUQ-9X9Y

https://th.wikipedia.org/wiki/%E0%B9%81%E0%B8%AA%E0%B8%87#%E0%B8%AD%E0%B8%B1%E0%B8%95%E0%B8%A3%E0%B8%B2%E0%B9%80%E0%B8%A3%E0%B9%87%E0%B8%A7

http://kkkcccfff.blogspot.com/2017/07/blog-post.html