สาระสำคัญประจำหน่วย

ตอนที่ 1 แสงและสมบัติของแสง
          1. การสะท้อนของแสงเกิดขึ้นเมื่อแสงเดินทางจากตัวกลางที่มีค่าความหนาแน่นแตกต่างกัน โดยแสงจะตกกระทบกับตัวกลางใหม่ แล้วสะท้อนกลับเข้าสู่ตัวกลางเดิม
          2. กฎการสะท้อนของแสงกล่าวว่า ถ้ารังสีตกกระทบ รังสีสะท้อน และเส้นปกติอยู่บนระนาบเดียวกันแล้ว ค่าของมุมตกกระทบกับมุมสะท้อนจะเท่ากันเสมอ
          3. ลักษณะของภาพที่เกิดจากกระจกนูนและกระจกเว้าขึ้นอยู่กับระยะโฟกัสและระยะวัตถุ
          4. การหักเหของแสงเกิดขึ้นเมื่อแสงเดินทางผ่านตัวกลางที่มีค่าความหนาแน่นแตกต่างกันแล้วปรากฏว่า รังสีของแสงเบนไปจากแนวเดิม
          5. ลักษณะของภาพที่เกิดจากเลนส์นูนและเลนส์เว้าขึ้นอยู่กับระยะโฟกัสและระยะวัตถุ
          6. การสะท้อนกลับหมดเกิดขึ้นเมื่อมุมตกกระทบโตกว่ามุมวิกฤต ทำให้ไม่มีรังสีหักเหเกิดขึ้น แต่จะเห็นรังสี สะท้อนแทน
          7. ปรากฏการณ์ทางธรรมชาติของแสงที่เกิดจากสมบัติการสะท้อน การหักเห และการสะท้อนกลับหมดของ แสง เช่น รุ้งกินน้ำ พระอาทิตย์ทรงกลด และมิราจ
          8. อุปกรณ์ในชีวิตประจำวันที่นำสมบัติการหักเหและการสะท้อนของแสงมาใช้ประโยชน์ เช่น แว่นตา ทัศน อุปกรณ์ กระจก และเส้นใยนำแสง
 

ตอนที่ 2 ความสว่างและการมองเห็นสีของวัตถุ
          1. นัยน์ตาประกอบด้วยกระจกตา เลนส์ตา ม่านตา กล้ามเนื้อยึดเลนส์ตา เรตินา และเซลล์ประสาทตา ซึ่ง แต่ละส่วนจะทำงานประสานกันเพื่อให้เราเห็นภาพได้ชัดเจน
          2. เรตินาประกอบด้วยเซลล์รูปแท่งทำหน้าที่ให้ความรู้สึกเกี่ยวกับความมืดความสว่าง และเซลล์รูปกรวยซึ่งเป็นเซลล์ที่มีความไวต่อแสงสีปฐมภูมิ คือ แสงสีเขียว แสงสีแดง และแสงสีน้ำเงิน
          3. กล้ามเนื้อยึดเลนส์ตาทำหน้าที่ปรับความยาวโฟกัส ทำให้เรามองเห็นภาพชัดทั้งในระยะใกล้และไกล
          4. ความสว่างมีผลต่อนัยน์ตามนุษย์จึงมีการนำความรู้เกี่ยวกับความสว่างมาช่วยในการจัดความสว่างให้เหมาะสมกับกิจกรรมต่าง ๆ
          5. แสงสีปฐมภูมิประกอบด้วยแสงสีแดง แสงสีเขียว และแสงสีน้ำเงิน เมื่อนำมาผสมกันจะได้แสงสีใหม่
          6. เรามองเห็นสีของวัตถุได้เพราะตัวสีที่อยู่ในวัตถุทำหน้าที่ดูดกลืนแสงสีที่ส่องไปยังวัตถุนั้นแล้วสะท้อนแสงสีที่ไม่ได้ดูดกลืนเข้าสู่ตาเรา


ตอนที่ 1 แสงและสมบัติของแสง
ผังมโนทัศน์สาระการเรียนรู้





แสงและสมบัติของแสง
          แสง (light) เป็นพลังงานรูปหนึ่งซึ่งเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า สามารถเคลื่อนที่จากแหล่งกำเนิดไปยังที่ต่าง ๆ ได้โดยไม่ต้องอาศัยตัวกลาง

การสะท้อนของแสง
          การสะท้อนของแสงเกิดจากการเคลื่อนที่ของแสงจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลางหนึ่ง ซึ่งเราสามารถมองเห็นวัตถุต่าง ๆ ได้นั้น เกิดจากไปตกกระทบกับวัตถุนั้นแล้วสะท้อนมาเข้าตาของเรา
          เมื่อแสงตกกระทบบนผิวของกระจกเงาราบ แสงจะเกิดการสะท้อน ซึ่งมุมระหว่างแนวลำแสงจากกล่องกับเส้นตั้งฉากมีขนาดเท่ากับมุมระหว่างแนวลำแสงที่พุ่งออกจากกระจกเงาราบกับเส้นตั้งฉากเสมอ เรียกว่า การสะท้อน (reflection) ซึ่งเป็นสมบัติหนึ่งของแสง

การสะท้อนของแสงบนกระจกเงาราบ
          เมื่อแสงเกิดการสะท้อนบนกระจกเงา จะเห็นแนวการเคลื่อนที่ของแสงจากอากาศไปตกกระทบที่ผิวหน้าของกระจกเรียกว่า รังสีตกกระทบ หรือ ลำแสงตกกระทบ และแนวการเคลื่อนที่ของแสงที่ผิวของกระจกสะท้อนกลับสู่อากาศเรียกว่า รังสีสะท้อน หรือ ลำแสงสะท้อน และมีเส้นตรงเส้นหนึ่งที่ลากตั้งฉากกับผิวหน้าของกระจกตรงจุดที่แสงตกกระทบและแสงสะท้อนพอดีซึ่ง เรียกว่า เส้นปกติ



 

          ระหว่างแนวรังสีตกกระทบ แนวรังสีสะท้อน และเส้นปกติจะมีมุมเกิดขึ้น 2 มุม มุมแรกเป็นมุมตกกระทบ (มุม i)  ส่วนอีกมุมหนึ่งเป็นมุมสะท้อน (มุม r) และสามารถตั้งเป็นกฎการสะท้อนของแสงได้ว่า “ถ้ารังสีตกกระทบ รังสีสะท้อน และเส้นปกติอยู่บนระนาบเดียวกันแล้ว ค่าของมุมตกกระทบกับมุมสะท้อนจะเท่ากันเสมอ”
          เมื่อลำแสงขนานตกกระทบผิวหน้าวัตถุที่เรียบ แสงจะสะท้อนเป็นลำแสงที่ขนานเช่นเดียวกับลำแสงที่ตกกระทบ เรียกว่า การสะท้อนแบบสม่ำเสมอ (regular reflection) แต่หากลำแสงขนานตกกระทบพื้นผิวหน้าวัตถุที่ขรุขระ ลำแสงจะกระจัดกระจายหรือสะท้อนไปคนละทิศละทาง เรียกว่า การสะท้อนแบบกระจาย (diffuse reflection)







การสะท้อนของแสงบนกระจกเว้าและกระจกนูน
          กระจกนูน
          กระจกนูน (convex mirrors) เป็นกระจกที่มีผิวหน้าที่ใช้สะท้อนแสงโค้งนูนยื่นออกมา ทำหน้าที่กระจายแสง เมื่อต่อแนวรังสีสะท้อนไปทางด้านหลังของกระจก รังสีจะตัดกันที่จุดจุดหนึ่งบนแกนมุขสำคัญ เรียกจุดนั้นว่า โฟกัส (focus) แทนด้วย F




                    จากรูป          F      คือ    ความยาวของโฟกัส
                                        R     คือ    รัศมีความโค้ง (R = 2f)
                                        C     คือ    จุดศูนย์กลางความโค้ง มีระยะเท่ากับ R
                                        O     คือ    จุดยอดของกระจก
                    เส้นที่ลากผ่านจุด O ถึงจุด C เรียกว่า แกนมุขสำคัญ

          การหาตำแหน่งของภาพที่เกิดจากกระจกนูนทำได้โดยการลากแนวรังสีจากวัตถุตกกระทบกระจก 2 เส้น เส้นแรกลากขนานกับแกนมุขสำคัญไปตกกระทบบนกระจก รังสีจะสะท้อนในแนวที่ผ่านจุดโฟกัสของกระจก เส้นที่สองให้ลากรังสีไปตกกระทบกระจกที่จุดยอดของกระจก จะเกิดรังสีสะท้อนที่สอง จากนั้นต่อแนวรังสีสะท้อนทั้ง 2 เส้นให้พบกันที่จุดจุดหนึ่ง ลักษณะภาพที่เกิดจากกระจกนูนมีหัวตั้ง ขนาดเล็กกว่าวัตถุ ใช้ฉากรับภาพไม่ได้


               หมายเหตุ :    u   คือ   ระยะวัตถุ และ  v   คือ   ระยะภาพ

          กระจกเว้า
          กระจกเว้า (concave mirrors) เป็นกระจกที่มีผิวหน้าโค้งเว้าเข้าไปข้างใน ทำหน้าที่รวมแสง คือ เมื่อรังสีหลายรังสีขนานกับแกนมุขสำคัญไปตกกระทบที่กระจกผิวโค้งเว้า รังสีจะสะท้อนไปตัดกันที่จุดจุดหนึ่งบนแกนมุขสำคัญ เรียกจุดนั้นว่า โฟกัส ภาพที่เกิดจากกระจกเว้าสามารถเขียนโดยใช้หลักการเดียวกับกระจกนูน ลักษณะภาพที่ได้มีทั้งภาพหัวตั้ง ขนาดใหญ่กว่าวัตถุ และภาพหัวกลับ ซึ่งมีทั้งขนาดใหญ่กว่าและเล็กกว่าวัตถุ







การหักเหของแสง
          เมื่อแสงเดินทางจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นค่าหนึ่งไปสู่ตัวกลางที่มีความหนาแน่นอีกค่าหนึ่ง รังสีของแสงจะเบนไปจากแนวเดิม เรียกว่า การหักเหของแสง (refraction) เช่น เมื่อแสงขาวผ่านเข้าไปในแท่งปริซึมจะเกิดการหักเหจากแนวเดิม เกิดเป็นแถบสเปกตรัมสีรุ้งขึ้น
          การหักเหของแสงยังสามารถเกิดในวัตถุโปร่งใสอีกหลายชนิด เช่น การมองหลอดที่อยู่ในน้ำ จะเห็นเหมือนหลอดหัก ทั้งนี้เพราะเกิดจากการหักเหนั่นเอง
          เมื่อแสงเดินทางผ่านตัวกลาง 2 ชนิด แสงตกกระทบที่ผิวของแท่งพลาสติกใสด้วยมุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน แล้วแสงส่วนหนึ่งเกิดการสะท้อนกลับสู่อากาศ และอีกส่วนหนึ่งเดินทางจากอากาศเข้าไปในแท่งพลาสติก โดยมีแนวการเคลื่อนที่ของแสงที่หักเหไปจากแนวเดิมตามแนวลูกศร เรียกว่า รังสีหักเห หรือ ลำแสงหักเห และมุมที่เกิดขึ้นระหว่างรังสีหักเหกับเส้นปกติ เรียกว่า มุมหักเห ที่กางเท่ากับมุมตกกระทบ โดยแนวรังสีหักเหจะเบนเข้าหาเส้นปกติ ทำให้มุมหักเหกางน้อยกว่ามุมตกกระทบ เนื่องจากแท่งพลาสติกมีความหนาแน่นและค่าดัชนีหักเหมากกว่าอากาศ ดังนั้น จึงกล่าวได้ว่า “แสงที่เคลื่อนที่จากตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าไปสู่ตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากกว่า รังสีของแสงจะหักเหเบนเข้าหาเส้นปกติ”




          ในทางตรงกันข้าม เมื่อแสงเคลื่อนที่จากแท่งพลาสติกออกสู่อากาศ แนวรังสีจะเบนออกจากเส้นปกติ ทำให้เกิดมุมหักเหกางมากกว่ามุมตกกระทบ จึงสรุปได้ว่า “แสงที่เคลื่อนที่จากตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากกว่าไปสู่ตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า รังสีของแสงจะหักเหเบนออกจากเส้นปกติ”
          การมองปลาที่อยู่ในน้ำ เราจะมองเห็นปลาอยู่ตื้นกว่าความเป็นจริง เนื่องจากรังสีของแสงจากปลาตัวจริงซึ่งอยู่ใต้น้ำตกกระทบผิวน้ำตรงจุดตัดของเส้นปกติกับผิวน้ำ แล้วหักเหเบนออกจากเส้นปกติเข้าสู่ตา มุมกระทบ 1 จึงเล็กกว่ามุมหักเห 2 เพราะรังสีของแสงผ่านจากน้ำซึ่งมีความหนาแน่นมากกว่าออกสู่อากาศซึ่งมีความหนาแน่นน้อยกว่านั่นเอง

          การหักเหของแสงผ่านเลนส์นูนและเลนส์เว้า
                    เลนส์ แบ่งออกเป็น 2 ชนิด คือ เลนส์นูน (convex lens) ที่มีบริเวณส่วนกลางหนากว่าบริเวณขอบ และเลนส์เว้า (concave lens) ที่มีบริเวณส่วนกลางบางกว่าบริเวณขอบ




                    เลนส์นูน
                    เลนส์นูนทำหน้าที่รวมแสงให้มารวมกันที่จุดจุดหนึ่ง เมื่อรังสีของแสงขนานจากแหล่งกำเนิดแสงมาตกกระทบเลนส์นูน จะเกิดการหักเหของแสงไปตัดกันที่จุด ๆ หนึ่ง เรียกว่า โฟกัสของเลนส์ ระยะจากจุดโฟกัสถึงกึ่งกลางเลนส์ เรียกว่า ความยาวโฟกัส และเส้นตรงที่ลากผ่านกึ่งกลางเลนส์และตั้งฉากกับระนาบของเลนส์เรียกว่า แกนมุขสำคัญ




                    เมื่อใช้เลนส์นูนเป็นตัวรับแสงแล้วภาพที่เกิดขึ้น เราเรียกระยะห่างจากวัตถุถึงเลนส์ว่า ระยะวัตถุ และเรียกระยะจากตำแหน่งภาพถึงเลนส์ว่า ระยะภาพ
                    การหาตำแหน่งของภาพเกิดจากเลนส์นูนทำได้โดยการลากแนวรังสีจากวัตถุตกกระทบเลนส์ 2 เส้น เส้นแรกลากตกกระทบจุดกึ่งกลางของเลนส์ รังสีจะไม่เปลี่ยนทิศทางเมื่อผ่านเลนส์ เส้นที่สองให้ลากขนานกับแกนมุขสำคัญ จะได้รังสีหักเหผ่านจุดโฟกัสของเลนส์ ลักษณะภาพที่เกิดจากเลนส์นูนในกรณีต่าง ๆ


               หมายเหตุ   :    u   คือ   ระยะวัตถุ และ  v   คือ   ระยะภาพ

                    เลนส์เว้า
                    เลนส์เว้ามีสมบัติในการกระจายแสงเหมือนกระจกนูน แสงขนานที่ผ่านเลนส์เว้าจะกระจายออก เมื่อต่อแนวรังสีที่กระจายออกมาจะตัดกันที่จุดจุดหนึ่งที่ตำแหน่งหน้าเลนส์ เรียกจุดนี้ว่า โฟกัสของเลนส์เว้าเกิดเป็นภาพเสมือนหัวตั้ง ขนาดเล็กกว่าวัตถุเสมอ ภาพที่เกิดจากเลนส์เว้าในกรณีต่าง ๆ




               หมายเหตุ   :   u   คือ   ระยะวัตถุ  และ  v   คือ   ระยะภาพ

          การสะท้อนกลับหมดของแสง
          เมื่อแสงเดินทางจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากกว่าไปสู่ตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า แนวรังสีของแสงจะเบนออกจากเส้นปกติ เมื่อแสงผ่านเข้าไปในแท่งพลาสติกรูปครึ่งวงกลม รังสี 1 จะเป็นรังสีตกกระทบ มีมุมตกกระทบเท่ากับ θ_i และรังสี 1 เป็นรังสีหักเหที่เกิดจากรังสีตกกระทบ 1 และถ้าเพิ่มขนาดของมุมตกกระทบให้โตขึ้นเป็น θ_c จะได้แนวรังสีตกกระทบใหม่เป็นรังสี 2 และรังสีหักเหจะเปลี่ยนไปเป็นรังสี 2




          เมื่อพิจารณาจากรูป จะเห็นว่าแนวรังสีหักเห 2 ทำมุม 90 องศากับเส้นปกติ มุมตกกระทบ θ_c ที่พอดีทำให้มุมหักเหกาง 90 องศานี้ เรียกว่า มุมวิกฤต
          ถ้าเพิ่มขนาดของมุมตกกระทบให้โตกว่ามุมวิกฤต จะเกิดรังสีสะท้อนขึ้นแทนรังสีหักเห ปรากฏการณ์เช่นนี้เรียกว่า การสะท้อนกลับหมด (total reflection) จากรูป เมื่อเพิ่มขนาดของมุมตกกระทบให้โตกว่ามุมวิกฤต  (θ_c) โดยเลื่อนแนวรังสีตกกระทบจาก 2 ไปเป็น 3 จะทำให้รังสีหักเห 2 เลื่อนไปเป็นรังสีสะท้อน 3




          ตัวอย่างปรากฏการณ์ทางธรรมชาติของแสงที่เกิดจากสมบัติการสะท้อน การหักเห และการสะท้อนกลับหมดของแสง เช่น
                    1. รุ้งกินน้ำ เกิดจากการหักเหของแสงเข้าไปในละอองน้ำ แล้วไปตกกระทบด้านหลังของละอองไอน้ำ และเกิดการสะท้อนกลับหมดมายังผิวด้านหน้าของละอองไอน้ำอีก สุดท้ายเกิดการหักเหจากละอองไอน้ำออกสู่อากาศเป็นแสงสีต่างๆ
                    2. พระอาทิตย์ทรงกลด เกิดขึ้นจากก้อนเมฆที่อยู่รอบ ๆ ดวงอาทิตย์มีผลึกน้ำแข็งที่จัดเรียงตัวกันในตำแหน่งที่เหมาะสมในรูปโค้งวงกลมรอบดวงอาทิตย์ เมื่อแสงตกกระทบผลึกน้ำแข็งเหล่านี้ก็จะเกิดการหักเหและสะท้อนกลับหมดภายในผลึก แล้วหักเหออกสู่อากาศภายนอก เราก็จะเห็นพระอาทิตย์ทรงกลด
                    3). มิราจ หรือภาพลวงตา เกิดขึ้นเมื่อแสงผ่านจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นหรือดัชนีหักเหมากกว่า ไปยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นหรือดัชนีหักเหน้อยกว่า ทำให้ลำแสงเบนออกจากเส้นปกติ และถ้ามุมตกกระทบโตกว่ามุมวิกฤตก็จะเกิดการสะท้อนกลับหมด เช่น การเห็นน้ำนองอยู่เต็มพื้นถนนในเวลาแดดจ้า แต่เมื่อเข้าไปดูใกล้ ๆ จะไม่มีอะไรเลย

ประโยชน์จากการสะท้อนและการหักเหของแสง
          แว่นตา
          แว่นตา มีเลนส์เป็นส่วนประกอบสำคัญที่ทำหน้าที่ปรับภาพให้สายตามองเห็นภาพได้เป็นปกติ

                    สายตายาว
                    สายตายาวเกิดจากระยะทางระหว่างเลนส์กับเรตินาใกล้กันเกินไป ทำให้คนที่สายตายาวจะมองเห็นวัตถุที่อยู่ในระยะไกล ๆ ได้อย่างชัดเจน แต่วัตถุที่อยู่ใกล้จะมองไม่ชัดเจน ซึ่งการแก้อาการสายตายาวโดยใส่แว่นตาที่ทำจากเลนส์นูนเพื่อทำให้รังสีของแสงกระทบกับวัตถุที่อยู่ใกล้ ๆ รวมตัวกันก่อนจะเข้าสู่นัยน์ตา และเมื่อรังสีของแสงตกกระทบเลนส์ตาก็จะหักเหหรือเบนลู่เข้าสู่โฟกัสบนเรตินาได้ 




                    สายตาสั้น
                    สายตาสั้นเกิดจากระยะทางระหว่างเลนส์กับเรตินาไกลกันมาก ทำให้คนที่สายตาสั้นจะมองเห็นวัตถุที่อยู่ในระยะใกล้ ๆ ได้อย่างชัดเจน แต่วัตถุที่อยู่ไกลจะมองไม่ชัดเจน ซึ่งการแก้อาการสายตาสั้นทำได้โดยใส่แว่นตาที่ทำจากเลนส์เว้าเพื่อทำให้รังสีของแสงกระจายออกก่อนตกกระทบเลนส์ตา และเมื่อรังสีของแสงตกกระทบเลนส์ตาก็จะหักเหหรือเบนลู่สู่โฟกัสบนเรตินา




ทัศนอุปกรณ์
          แว่นขยาย (magnifying glass) มีส่วนประกอบสำคัญคือ เลนส์นูนที่มีระยะโฟกัสประมาณ 2–20เซนติเมตร ในการส่องดูวัตถุ ระยะวัตถุต้องสั้นกว่าระยะโฟกัสของเลนส์ซึ่งจะทำให้เกิดภาพเสมือนหัวตั้ง ขนาดขยายใหญ่ขึ้น
          กล้องถ่ายรูป (camera) ทำงานโดยใช้หลักการหักเหของเลนส์นูน คือ เมื่อแสงจากภายนอกจากวัตถุที่มีระยะมากกว่า 2 เท่าของโฟกัสของกล้องเดินทางผ่านเลนส์เข้าสู่ตัวกล้อง ภาพที่เกิดขึ้นจะเป็นภาพจริงหัวกลับขนาดเล็กลงปรากฏอยู่บนฟิล์มถ่ายรูป และสามารถปรับความคมชัดของรูปที่จะถ่ายได้โดยการเลื่อนเลนส์นูนให้ออกห่างหรือเข้าใกล้ฟิล์มเพื่อให้ระยะจุดรวมแสงบนฟิล์มพอเหมาะ
          กล้องจุลทรรศน์ (microscope) ประกอบด้วยเลนส์นูน 2 อัน คือ เลนส์ใกล้วัตถุและเลนส์ใกล้ตา โดยเลนส์ใกล้วัตถุเป็นเลนส์นูนที่มีความยาวโฟกัสสั้นที่สุด ภาพที่เกิดจากเลนส์ใกล้วัตถุจะเป็นภาพจริงหัวกลับ ขนาดใหญ่กว่าวัตถุ ซึ่งจะทำหน้าที่เป็นวัตถุของเลนส์ใกล้ตา ภาพที่เกิดจากเลนส์ใกล้ตาจึงเป็นภาพเสมือนหัวกลับกับวัตถุจริง และมีขนาดใหญ่กว่าภาพที่เกิดจากเลนส์ใกล้วัตถุ
          กล้องโทรทรรศน์ (telescope) เป็นเครื่องมือเบื้องต้นของนักดาราศาสตร์ในการศึกษาดาวฤกษ์และดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างไกลมาก แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ
                    1) กล้องโทรทรรศน์ประเภทหักเหแสง ประกอบด้วยเลนส์นูน 2 อัน คือ เลนส์ใกล้วัตถุและเลนส์ใกล้ตา เลนส์ใกล้วัตถุมีความยาวโฟกัสยาว ทำหน้าที่รับแสงจากวัตถุ ภาพที่เกิดจากเลนส์ใกล้วัตถุจะเป็นภาพจริงหัวกลับ ขนาดใหญ่กว่าวัตถุ ซึ่งจะเป็นวัตถุของเลนส์ใกล้ตา เลนส์ใกล้ตามีความยาวโฟกัสสั้น ทำหน้าที่ขยายภาพที่เกิดจากเลนส์ใกล้วัตถุ เกิดเป็นภาพเสมือนหัวตั้ง ขนาดใหญ่กว่าวัตถุเดิม
                    2) กล้องโทรทรรศน์ประเภทสะท้อนแสง ใช้กระจกเว้าที่มีความยาวโฟกัสมากเป็นตัวรับแสงและสะท้อนแสงจากวัตถุ ทำให้เกิดภาพจริงขนาดเล็กที่จุดโฟกัสของกระจก ก่อนเกิดภาพนี้จะใช้ปริซึมรูปสามเหลี่ยมมุมฉากหรือกระจกเงาราบไปขวางทางเดินของแสงให้แสงสะท้อนไปรวมกัน จึงเกิดภาพจริงที่หน้าเลนส์นูน ซึ่งเป็นเลนส์ใกล้ตา ที่จะทำหน้าที่ขยายภาพจริงให้เป็นภาพเสมือนที่มีขนาดขยาย

          กระจก
          ภาพที่เกิดจากกระจกเงาแบนราบ เกิดโดยรังสีของแสงจากวัตถุที่สะท้อนโดยกระจกเดินทางเข้าสู่ตาเรา เป็นภาพเสมือนและมีระยะทางเท่ากับกระจกถึงวัตถุนั้น ภาพตั้งตรงและกลับซ้ายเป็นขวา และขวาเป็นซ้ายซึ่งเรียกว่า เกิดปรัศวภาควิโลม (lateral inversion)
          ภาพที่เกิดจากกระจกนูน เป็นภาพเสมือนหัวตั้ง และกระจกนูนยังสะท้อนภาพได้ในมุมกว้าง จึงนิยมติดตั้งไว้ตามมุมต่าง ๆ ของห้างร้าน เพื่อการรักษาความปลอดภัย เพราะจะทำให้เห็นการกระทำของคนที่อยู่ในร้านได้
          ภาพที่เกิดจากกระจกเว้า เป็นภาพเสมือน ถ้านำวัตถุมาวางไว้ใกล้กับกระจกเว้าภาพก็จะมีขนาดที่ขยายใหญ่ขึ้น นิยมนำมาใช้ในวงการทันตแพทย์และเครื่องสำอาง

          เส้นใยนำแสง
          เส้นใยนำแสงหรือเส้นใยแก้วนำแสง ประกอบด้วยส่วนสำคัญ 2 ส่วน คือ ตัวกลางนำแสง ที่เรียกว่า แกน (core) ทำจากวัสดุใสที่มีดัชนีหักเหของแสงประมาณ 1.6 และส่วนที่หุ้มแกน (cladding) ทำจากวัสดุใสโปร่งแสงที่มีดัชนีหักเหของแสงน้อยกว่าวัสดุที่ใช้ทำแกนคือ ประมาณ 1.5 จึงทำให้แสงเกิดการสะท้อนกลับหมดภายในแกน
          หลักการส่งสัญญาณแสงในเส้นใยนำแสง ใช้การยิงแสงเลเซอร์เข้าที่ปลายด้านหนึ่งของเส้นใยนำแสง เมื่อแสงตกกระทบกับผิวของแกน จะเกิดมุมตกกระทบที่ใหญ่กว่ามุมวิกฤต ทำให้เกิดการสะท้อนกลับหมดภายในแกน การเดินทางของแสงภายในแกนจะมีลักษณะซิกแซ็ก



 

ตอนที่ 2 ความสว่างและการมองเห็นสีของวัตถุ
ผังมโนทัศน์สาระการเรียนรู้

การมองเห็นและความสว่าง
          นัยน์ตาและการมองเห็น
          ส่วนประกอบของนัยน์ตาที่ทำให้มองเห็นสิ่งต่าง ๆ ได้มีดังนี้




          1. กระจกตา (cornea) อยู่ภายนอกเลนส์ตา
          2. เลนส์ตา (lens) อยู่หลังม่านตาเข้าไป มีลักษณะเป็นเลนส์นูน ทำหน้าที่หักเหแสงให้เกิดภาพบนเรตินา
          3. ม่านตา (iris) เป็นส่วนที่มีสีของนัยน์ตา ทำหน้าที่ควบคุมแสงที่จะผ่านเข้าสู่เลนส์ตา เพื่อให้แสงผ่านเข้าไปยังเลนส์ตาได้ในปริมาณที่พอเหมาะ
          4. กล้ามเนื้อยึดเลนส์ตา (ciliary muscle) ทำหน้าที่หดและคลายตัวเพื่อปรับความยาวโฟกัส ทำให้เกิดภาพที่ชัดเจนบนเรตินา
          5. เรตินา (retina) ทำหน้าที่เป็นฉากรับภาพที่เกิดจากการหักเหของแสงผ่านเลนส์ เรตินามีเซลล์รับแสงจำนวนมาก แบ่งออกเป็น 2 คือ
                    1. เซลล์รูปแท่ง (rod cell) เป็นเซลล์ที่ไวต่อแสงที่มีความเข้มน้อย ทำหน้าที่รับแสงสว่าง ให้ความรู้สึกเกี่ยวกับความมืดความสว่าง
                    2. เซลล์รูปกรวย (cone cell) เป็นเซลล์ที่ไวต่อแสงที่มีความเข้มสูง โดยเฉพาะ แสงสีเขียว แสงสีแดง และแสงสีน้ำเงิน




                    6. เซลล์ประสาทตา ทำหน้าที่รวบรวมข้อมูลส่งไปยังสมอง การมองเห็นสิ่งต่าง ๆ ได้ เนื่องจากมีแสงจากวัตถุผ่านเข้าสู่ตา กระจกตาทำหน้าที่รวมแสงเข้าสู่เรตินา ขณะที่เลนส์ตาทำหน้าที่ปรับโฟกัสละเอียด และนัยน์ตาที่มีเซลล์ที่ไวต่อแสงสีต่าง ๆ จะทำให้มองเห็นสีต่าง ๆ ของวัตถุนั้นได้



 

          การมองเห็นภาพที่อยู่ในระยะไกล
          กล้ามเนื้อยึดเลนส์ตาจะทำหน้าที่ปรับความยาวโฟกัส โดยจะรัดตัวเล็กน้อย เมื่อรังสีที่สะท้อนจากวัตถุที่อยู่ในระยะไกล ๆ ผ่านกระจกตา เลนส์ตาจะโฟกัสให้เกิดภาพไปบนเรตินา




          การมองเห็นภาพที่อยู่ในระยะใกล้
          กล้ามเนื้อยึดเลนส์ตาจะรัดตัวแน่น ทำให้ความยาวโฟกัสรวมของเลนส์ตาและกระจกตาลดลง เมื่อรังสีของแสงที่สะท้อนจากวัตถุที่อยู่ใกล้ผ่านเข้าสู่ลูกตา จะมีการรวมแสงอย่างมากก่อนที่จะพบกัน ณ จุดจุดหนึ่งบนเรตินา

ผลของความสว่างที่มีต่อมนุษย์และสิ่งมีชีวิต
          ความสว่าง (illumination: E) เป็นความสว่างของพื้นที่รับแสงกำหนดขึ้นจากปริมาณแสงที่ตกตั้งฉากบนพื้นที่ผิว 1 ตารางหน่วย มีหน่วยเป็น ลูเมนต่อพื้นที่ ถ้าพื้นที่ผิวมีหน่วยเป็นตารางเมตร ความสว่างก็จะมีหน่วยเป็น ลูเมนต่อตารางเมตรหรือลักซ์ (lux: lx) ความสว่างจะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับความเข้มของแสงจากแหล่งกำเนิดแสงและระยะทางจากแหล่งกำเนิดแสงไปยังพื้นที่ผิวที่รับแสง
          ความสว่างมีผลต่อม่านตา ซึ่งทำหน้าที่ในการปรับแสงให้ผ่านไปยังเรตินาในปริมาณที่เหมาะสม ถ้ามีแสงสว่างในปริมาณที่มากหรือน้อยเกินไป จะทำให้ม่านตาต้องทำงานหนักมากขึ้น เรตินาก็จะทำงานหนักมากขึ้นเช่นกัน ดังนั้นการจัดแสงสว่างให้เพียงพอและเหมาะสมในการทำกิจกรรมต่าง ๆ จึงเป็นเรื่องจำเป็น
          นอกจากความสว่างจะมีผลต่อมนุษย์แล้ว แสงสว่างยังมีผลต่อการเจริญเติบโตของพืช เนื่องจากพืชต้องใช้แสงสว่างในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง และแสงสว่างยังมีผลต่อสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ อีก เช่น การออกหากินของสัตว์ปีก การเคลื่อนที่หนีแสงของโพรโทซัว บางทีอาจสังเกตเห็นว่าในวันที่ฝนตกในเวลากลางวันและท้องฟ้ามืดครึ้ม ความสว่างในบรรยากาศน้อยลง มีลักษณะคล้ายเวลาพลบค่ำ นกจำนวนมากจะบินกลับรังเพราะนึกว่าเป็นเวลาพลบค่ำจริง ๆ หรือการเลี้ยงไก่ในฟาร์มปิดที่ผู้เลี้ยงมักเปิดไฟฟ้าในฟาร์มให้มีแสงสว่างมากกว่าในเวลาจริงเพื่อให้ไก่กินอาหารได้นานขึ้น เพราะปกติไก่จะออกหากินในเวลาที่มีแสง เมื่อระยะเวลาของแสงนานขึ้น ไก่ก็จะกินอาหารมากขึ้นทำให้ไก่เจริญเติบโตเร็วขึ้น

การเห็นสีของวัตถุ
          การผสมแสงสี
          แสงสีที่ผสมกันนั้นเกิดจากแสงสี 3 แสงสี คือ แสงสีแดง แสงสีเขียว และแสงสีน้ำเงิน ซึ่งเป็นแสงสีบริสุทธิ์หรือแสงสีปฐมภูมิ เมื่อนำมาผสมกันจะเกิดเป็นแสงสีต่าง ๆ
          เมื่อฉายแสงสีแดง แสงสีน้ำเงิน และแสงสีเขียว โดยเลือก 2 แสงสีใด ๆ ฉายลงบนฉากสีขาว จะได้แสงสีใหม่ และถ้านำแสงสีใหม่ที่ได้นี้ไปผสมกันอีกครั้งก็จะเกิดเป็นแสงขาว




          เมื่อเซลล์รูปกรวยที่ทำหน้าที่รับแสงถูกกระตุ้นด้วยแสงสีจากวัตถุ สัญญาณกระตุ้นจะถูกส่งผ่านประสาทตาไปยังสมองเพื่อแปลความหมายออกมาเป็นความรู้สึกของการเห็นแสงสีนั้น ๆ เช่น ถ้าเซลล์รูปกรวยทั้ง 3 ชนิด ถูกกระตุ้นด้วยแสงสีแดง แสงสีน้ำเงิน และแสงสีเขียวพร้อม ๆ กัน ด้วยปริมาณที่เท่ากัน เราจะเห็นเป็นแสงขาว และเมื่อนำแสงสีปฐมภูมิมาผสมกันจะได้แสงสีต่าง ๆ ดังนี้




          จากรูป (ก) (ข) และ (ค) เมื่อผสมแสงเข้าด้วยกันจะได้แสงสีเหลือง แสงสีม่วงแดง และแสงสีเขียวน้ำเงินตามลำดับ ซึ่งเป็นแสงสีทุติยภูมิ จากรูป (ง) เมื่อนำแสงสีเขียวและแสงสีม่วงแดงมาผสมกันจะเกิดแสงสีขาว ซึ่งแสงสีเขียวเป็นแสงสีปฐมภูมิ ในขณะที่แสงสีม่วงแดงเป็นแสงสีทุติยภูมิ เมื่อนำมาผสมจะได้แสงสีขาว จึงเรียกแสงสีเขียวและแสงสีม่วงแดงว่าเป็นแสงสีเติมเต็มซึ่งกันและกัน ในรูป (จ) และ (ฉ) ก็แสดงให้เห็นถึงแสงสีเติมเต็มเช่นกัน

          การมองเห็นสีของวัตถุ
          ในวัตถุทุกชนิดจะมีตัวสีที่ทำหน้าที่ดูดกลืนแสงสี และสะท้อนแสงสีที่ไม่ถูกดูดกลืนเข้าสู่ตาเรา เช่น เห็นวัตุถุสีแดง สีแดงในวัตถุดูดกลืนแสงสีต่าง ๆ จากแสงขาวได้โดยไม่ดูดกลืนแสงสีแดง จึงจะสะท้อนแสงสีแดงเข้าสู่ตาเรา ส่วนวัตถุที่มีสีขาวจะสะท้อนแสงสีทุกแสงสีที่ส่องไปยังวัตถุนั้น ในขณะที่วัตถุที่มีสีดำจะดูดกลืนแสงสีทุกแสง การอธิบายการสังเกตเห็นสีของวัตถุในแสงสีต่าง ๆ สามารถใช้หลักการผสมแสงสีต่อไปนี้ประกอบการอธิบายได้ ดังนี้
          1. แสงสีเหลืองได้จากการผสมแสงสีเขียวกับแสงสีแดง ดังนั้นวัตถุที่มีสีเหลือง นอกจากจะสะท้อนแสงสีเหลืองแล้ว ยังสะท้อนแสงสีเขียวและแสงสีแดง แต่จะดูดกลืนแสงสีอื่นไว้
          2. แสงสีม่วงแดงได้จากการผสมแสงสีแดงกับแสงสีน้ำเงิน ดังนั้นวัตถุที่มีสีม่วงแดง นอกจากจะสะท้อนแสงสีม่วงแดงแล้ว ยังสะท้อนแสงสีแดงและแสงสีน้ำเงิน แต่จะดูดกลืนแสงสีอื่นไว้
          3. แสงสีเขียวน้ำเงินได้จากการผสมแสงสีเขียวกับแสงสีน้ำเงิน ดังนั้นวัตถุที่มีสีเขียวน้ำเงิน นอกจากจะสะท้อนแสงสีเขียวน้ำเงินแล้ว ยังสะท้อนแสงสีเขียวและแสงสีน้ำเงิน แต่จะดูดกลืนแสงสีอื่นไว้

การนำความรู้เกี่ยวกับการมองเห็นสีของวัตถุไปใช้ประโยชน์
          การถ่ายรูป
          การถ่ายรูปเป็นการบันทึกรูปโดยใช้กล้องถ่ายรูปซึ่งใช้หลักการหักเหของแสงผ่านเข้าสู่เลนส์ของกล้อง และให้แสงกระทบเข้ากับฟิล์มไวแสงที่เป็นฉากรับภาพ ฟิล์มที่ได้รับแสงแล้วจะถูกนำออกจากกล้องในที่มืดและนำไปสร้างภาพด้วยน้ำยาและอัดออกมาเป็นภาพถาวร
          ฟิล์มสีมีอยู่ด้วยกัน 2 ชนิด คือ
                    1. ฟิล์มสีผันกลับ (reversal film) คือ ฟิล์มที่ได้รูปบนฟิล์มเป็นสีเหมือนกับรูปจริง ใช้ดูด้วยเครื่องฉายหรือกล้องส่อง เช่น สไลด์และแผ่นโปร่งใส
                    2. ฟิล์มเนกาทีฟ (negative film) คือ ฟิล์มที่ได้รูปบนฟิล์มเป็นลักษณะมืดหรือสว่าง บริเวณที่ถูกแสงมากสีจะเข้ม ส่วนบริเวณที่ถูกแสงน้อยสีจะสว่างขึ้น เมื่อนำฟิล์มชนิดนี้ไปอัดเป็นรูปด้วยน้ำยาแล้วจึงจะได้สีที่เหมือนจริงออกมา




          ฟิล์มทั้ง 2 ชนิดใช้หลักการจากการรวมกันของแม่สีต่าง ๆ 3 แสงสี คือ แสงสีแดง แสงสีเขียว และแสงสีน้ำเงิน โดยฟิล์มจะฉาบด้วยเยื่อไวแสง 3 ชั้น เมื่อแสงตกลงบนชั้นบนสุดซึ่งไวต่อแสงสีน้ำเงินก่อน ใต้ชั้นไวแสงสีน้ำเงินจะเป็นสีย้อมสีเหลืองซึ่งจะดูดแสงสีน้ำเงินที่ผ่าน ต่อจากนั้นจะเป็นชั้นไวแสงสีเขียว และต่อไปเป็นชั้นไวแสงสีแดง ในแต่ละชั้นที่เคลือบสารไวแสงจะดูดหรือหักลบปริมาณของแสงที่ผ่านไว้จำนวนหนึ่ง ทำให้แต่ละบริเวณของฟิล์มจะเกิดเป็นสี หรือมืด–สว่างแตกต่างกันนั่นเอง
          การอัดรูปจากฟิล์มเนกาทีฟ ฟิล์มจะถูกวางเหนือกระดาษอัดรูปซึ่งฉาบไว้ด้วยเยื่อไวแสง เมื่อเปิดไฟให้แสงผ่านฟิล์มตามสีเข้มและอ่อน แสงที่ผ่านจะไปตกกระทบบนกระดาษอัดรูปและเปลี่ยนสีเข้มและอ่อนให้กลับเป็นสีตามรูปจริงที่ถ่ายไว้ จากนั้นจึงนำกระดาษอัดรูปไปแช่ในน้ำยาสร้างภาพ และนำไปแช่ในน้ำยาคงสภาพทันที เราก็จะได้รูปตามที่ต้องการ

          การแสดง
          แสงมีประโยชน์ต่อการแสดงในโรงละครหรือการแสดงในเวลากลางคืนเป็นอย่างมาก การฉายแสงไปบนเวทีทำให้ผู้ชมเห็นเหตุการณ์บนฉากได้อย่างชัดเจน สวยงาม มีความรู้สึกสอดคล้องกับเหตุการณ์ที่ปรากฏ หรือเมื่อต้องการเน้นที่ตัวละครใดเป็นหลักก็สามารถฉายแสงไปที่ผู้แสดงเฉพาะบุคคล
          การแสดงการเชิดหนังตะลุง ผู้ผลิตตัวหนังอาจเติมสีสันให้แก่แผ่นหนัง เมื่อฉายแสงผ่านแผ่นหนังที่มีสี สีนั้นก็จะสะท้อนออกมากระทบฉากทำให้ผู้ชมเห็นเงาที่มีสีนอกเหนือจากสีดำที่เกิดจากเงาของแผ่นหนังตามปกติ เป็นการเพิ่มส่วนประกอบของการเชิดหนังให้ผู้ชมรู้สึกสนุกสนานมากยิ่งขึ้น


แหล่งที่มาของเนื้อหา : สำนักพิมพ์วัฒนาพานิช www.wpp.co.th