ความลับของแสง

ความลับของแสง

ความลับของแสง

แสง คือ พลังงานที่ปลดปล่อยออกจากอะตอม มันเป็นกลุ่มก้อนของพลังงานที่มีโมเมนตัมแต่ไม่มีมวล อนุภาคเหล่านี้เรียกว่า โฟตอน

ความหมายของแสง

แสงคือคลื่นชนิดหนึ่ง เหมือนกับคลื่นของน้ำทะเล มีความยาวของคลื่นสั้นมาก และในขนาดเดียวกันก็เคลื่อนที่เร็วมาก 300,000 กิโลเมตรต่อวินาที เปรียบให้เห็นง่ายๆ ถ้าคนเราวิ่งเร็วเท่าแสง ก็เท่ากับวิ่งรอบโลก 7 รอบใน 1 วินาทีนั้นเอง

       ตาของคนเรานั้นมีรูเล็ก เรียกว่ารูรับแสง เมื่อภาพผ่านรูรับแสงก็จะกลับหัว แต่ที่เราเห็นภาพเป็นปกติไม่กลับหัว เพราะว่าสมองกลับภาพให้เป็นปกติโดยอัตโนมัติแล้ว

       ในหลักการสะท้อนของแสง เมื่อแสงสะท้อนจากวัตถุจะพุ่งไปทิศทางตรงกันข้ามกับทิศทางของแสงที่ส่องลงมาตลอดเวลา เช่นเดียวกับการส่งกระจก จะกลับข้างกับตัวเราเสมอ

การหักเหของแสง (Refraction of Light)

เมื่อแสงเดินทางผ่านวัตถุหรือตัวกลางโปร่งใส เช่น อากาศ แก้ว น้ำ พลาสติกใส แสงจะสามารถเดินทางผ่านได้เกือบหมด เมื่อแสงเดินทางผ่านตัวกลางชนิดเดียวกัน แสงจะเดินทางเป็นเส้นตรงเสมอ แต่ถ้าแสงเดินทางผ่านตัวกลางหลายตัวกลาง แสงจะหักเห

สาเหตุที่ทำให้แสงเกิดการหักเห

       เกิดจากการเดินทางของแสงจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลางหนึ่งซึ่งมีความหนาแน่นแตกต่างกัน จะมีความเร็วไม่เท่ากันด้วย โดยแสงจะเคลื่อนที่ในตัวกลางโปร่งกว่าได้เร็วกว่าตัวกลางที่ทึบกว่า เช่น ความเร็วของแสงในอากาศมากกว่าความเร็วของแสงในน้ำ และความเร็วของแสงในน้ำมากกว่าความเร็วของแสงในแก้วหรือพลาสติก

  การที่แสงเคลื่อนที่ผ่านอากาศและแก้วไม่เป็นแนวเส้นตรงเดียวกันเพราะเกิดการหักเหของแสง โดยแสงจะเดินทางจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า ( โปร่งกว่า) ไปยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากกว่า ( ทึบกว่า) แสงจะหักเหเข้าหาเส้นปกติ ในทางตรงข้าม ถ้าแสงเดินทางจากยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากกว่า ไปยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า แสงจะหักเหออกจากเส้นปกติ

       การหักเหของแสง เกิดขึ้นเพราะแสงเดินทางผ่านวัตถุหรือตัวกลางคนล่ะชนิดกัน เช่น เมื่อแสงเดินทางผ่านอากาศเข้าสู่ตู้กระจกที่มีน้ำ น้ำนั้นจะมีความหนาแน่นกว่าอากาศ ทำให้แสงเคลื่อนที่ไปได้ช้ากว่าในอากาศ เส้นทางเดินของแสงจึงหักเหไปด้วย จากนั้นเมื่อแสงพุ่งจากน้ำเข้าสู่อากาศ แสงก็จะเคลื่อนที่ได้เร็ว เส้นทางการเคลื่อนที่ของแสงจึงกลับมาเป็นเหมือนเดิม

        เงาเป็นสิ่งที่ตรงกันข้ามกับแสง เกิดขึ้นได้เพราะแสง เป็นหลักธรรมชาติคือเงาของวัตถุจะเกิดขึ้นได้จากแสงที่เดินทางเป็นเส้นตรงไปเรื่อยๆ เมื่อมีวัตถุเข้ามาขว้างทางเดินของแสงไว้ พื้นที่ด้านหน้าของวัตถุก็จะดูดกลืน จะสะท้อนแสงบางส่วนออกมา แต่พื้นที่ด้านหลังของวัตถุ แสงส่องไปไม่ถึงเลยไม่มีการสะท้อนแสงเกิดขึ้น จึงเกิดเป็นพื้นที่สีดำๆ ก็คือเงานั้นเอง

วัตถุต่างๆบนโลกมีด้วยกันทั้งหมด3แบบ

1. วัตถุโปร่งแสง คือแสงทะลุผ่านไปได้บางส่วน มองเห็นไม่ชัดเจน เช่น กระจกฝ้า

2. วัตถุโปร่งใส คือแสงผ่านไปได้ทั้งหมด มองเห็นชัดเจน เช่น กระจกใส

3. วัตถุทึบแสง คือ ดูดกลืนแสงบางส่วนไว้ แล้วสะท้อนส่วนที่เหลือเข้าตาเรา เช่น ตัวเราก็เป็นวัตถุทึบแสง และสิ่งของต่างๆอีกมากมาย

ความสำคัญ

ถ้าไม่มีแสง เราก็ไม่สามารถมองเห็นสิ่งต่างๆรอบตัวได้ แสงมีความสำคัญมากกับการดำเนินชีวิตประจำวัน เช่นเราอยู่ในความมือแล้วจู่ๆก็สว่าง เราก็จะแสบตามองเห็นไม่ชัด เกิดจากตายังปรับตัวกับแสงสว่างไม่ทัน การเปลี่ยนแปลงของปริมาณแสงเร็วเกินไป เราก็หลับตาสักพักแล้วลืมตาใหม่ ก็จะเหมือนเดิมนั้นเอง

   สาเหตุที่เราสามารถมองเห็นวัตถุต่างๆได้นั้น ก็เพราะว่า แสงส่องมาโดนวัตถุ แล้วแสงก็จะสะท้อนจากวัตถุเข้ามาสู่ตาของเรา เราเลยมองเห็น เท่ากับว่าตาของเรานั้นคือจอสำหรับแสงที่สะท้อนเข้ามาจากวัตถุนั้นเอง ซึ่งการเดินทางของแสงจะพุ่งออกมาเป็นเส้นตรง ไม่เปลี่ยนทิศทางไปจนไปถึงวัตถุ

คุณสมบัติ

คุณสมบัติของแสงเราสามารถนำหลักการมาใช้ประโยชน์ได้หลายอย่าง นอกจากการมองเห็นสิ่งต่างๆรอบตัวได้แล้ว ยังมีอีก เช่นใช้แผ่นพลาสติกเพื่อบังคับทิศทางของแสงไฟ ที่ออกจากโคมไปยังทิศที่ต้องการ ใช้พลาสติกใสปิดดวงไฟเพื่อลดความจ้าจากหลอดไฟ เป็นต้น จะเห็นได้ว่าคุณสมบัติแสงดังกล่าวก็ได้นำมาใช้ในชีวิตประจำวันของมนุษย์เราทั้งนั้น

 แสงสี หรือสีของแสง ( Colour of Light )

จากการศึกษาเรื่องการกระจายแสงเราพบว่าแสงจากดวงอาทิตย์เป็นแสงขาวที่ประกอบด้วยแสงสีต่าง ๆ ที่ตามองเห็นอยู่ในช่วง ดังนี้

ตาราง  4  แสดงความยาวคลื่นของแสงสีต่าง ๆ

แผ่นกรองแสงสี  (  Coloured   Filler )

                เป็นแผ่นพลาสติกหรือแผ่นแก้วใสที่มีสี  เมื่อนำแผ่นกรองแสงสีไปกั้นแสงขาวจากดวงอาทิตย์หรือจากหลอดไฟประเภทไส้หลอดสุกสว่างแล้วผ่านไปยังปริซึม  พบว่าแสงที่ออกมาจะเป็นแสงสีตามสีของแผ่นกรองแสงนั้น ๆ หรืออาจมีแสงสีอื่นรวมออกมาด้วยเล็กน้อย ดังนั้น เราอาจแบ่งชนิดของวัตถุที่ยอมให้แสงผ่านได้หรือไม่ได้ในปริมาณต่างกันได้ 3 ประเภท

1.  วัตถุโปรงใส ( Transparent Object ) เป็นวัตถุที่แสงผ่านไปได้เกือบหมดอย่างเป็นระเบียบเราจึงมองผ่านวัตถุนี้ได้อย่างชัดเจน เช่น น้ำใส แก้วใส เป็นต้น

2.  วัตถุโปร่งแสง ( Translucent Object ) เป็นวัตถุที่แสงผ่านไปได้บ้าง แต่ไม่เป็นระเบียบเราจึงมองผ่านวัตถุนี้ได้ไม่ชัด เช่น น้ำขุ่น กระจกฝ้า เป็นต้น

3.  วัตถุทึบแสง ( Opaque Object ) เป็นวัตถุที่แสงผ่านไปไม่ได้เลย แสงทั้งหมดจะถูกดูดกลืนไว้หรือสะท้อนกลับ เราจึงไม่สามารถมองผ่านวัตถุชนิดนี้ได้ เช่น กระจกเงา ผนังตึก เป็นต้น

                สารสี ( Pigment )

                ในวัตถุทึบแสง เมื่อให้แสงขาวตกกระทบ แสงจะไม่สามารถทะลุผ่านไปได้แต่จะสะท้อนกลับและในการสะท้อนแสงออกมาพบว่าวัตถุต่างชนิดกันปริมาณแสงและแสงสีที่สะท้อนก็ต่างกันด้วย เราจึงเห็นวัตถุนั้นมีสีต่าง ๆ กันตามแสงสีที่สะท้อนกลับออกมา  ตัวที่กำหนดแสงสีที่จะสะท้อนกลับออกมาหรือดูดกลืนแสงสีต่าง ๆ ไว้ก็คือ สารสี ในวัตถุนั้น ๆ เช่น การมองเห็นใบไม้เป็นสีเขียว  และดอกไม้เป็นสีแดงเป็นเพราะในใบไม้มีคลอโรฟิลเป็นสารสีเขียว ซึ่งดูดกลืนแสงบางสีไว้ และสะท้อนแสงสีเขียวออกมามากที่สุด  ส่วนดอกไม้จะมีสารสีสีแดง  ซึ่งดูดดกลืนแสงบางสีไว้ และสะท้อนแสงสีแดงออกมามากที่สุด ทำนองเดียวกัน สารสีสีดำจถดูดกลืนแสงทุกสี ที่ตกกระทบทำให้ไม่มีแสสงสีใด ๆ สะท้อนออกมาเลย  เราจึงเห็นวัตถุเป็นสีดำ ส่วนสารสีสีขาวจะสะท้อนแสงทุกสีที่ตกกระทบ จึงเห็นแสงสีรวมกันเป็นสีขาว

                การผสมสารสี

                การที่เราเห็นวัตถุมีสีใด  ก็เนื่องจากแสงสีนั้นสะท้อนจากวัตถุมาเข้าตา  ส่วนการเห็นแสงสีทะลุผ่านวัตถุนั้นไม่ค่อยได้พบเห็นนัก แสงสีใดจะสะท้อนออกจากวัตถุก็เนื่องจากสารสีที่ผิววัตถุนั้น ๆ ถ้าต้องการเห็นสีตามธรรมชาติของวัตถุ จะต้องดูวัตถุนั้นด้วยแสงขาวตามธรรมชาติจากดวงอาทิตย์

                สารสีปฐมภูมิ  เป็นสารสีที่ไม่อาจสร้างขึ้นจากการผสมของสารสีอื่น ๆ ได้มีด้วยกัน 3 สี  คือ สีเหลือง สีแดงม่วง และ สีน้ำเงินเขียว

การดูดกลืนและการสะท้อนของสารสีปฐมภูมิ เมื่อผ่านแสงขาวจากดวงอาทิตย์ มีดังนี้

                สารสีเหลือง  จะไม่ดูดกลืน ( สะท้อน ) แถบสีเหลือง นอกนั้นดูดกลืนหมด

                สารสีแดง จะไม่ดูดกลืน ( สะท้อน ) แถบสีแดงม่วง นอกนั้นดูดกลืนหมด

                สารสีน้ำเงินเขียว จะไม่ดูดกลืน ( สะท้อน ) แถบแสงสีน้ำเงินเขียว นอกนั้นดูดกลืนหมด

                ถ้านำสารสีปฐมภูมิทั้ง 3 สี มาผสมกันด้วยปริมาณที่เท่า ๆ กัน จะได้สีผสมที่มีสมบัติดูดกลืนแสงสีทุกแถบสีในสเปกตรัมแสงขาวที่มาตกกระทบ สารสีผสมนี้คือ สารสีดำ ดังแสดงโดย แอนนิเมชัน(Flash Animation)

                                      

การสะท้อนแสงสีของสารสีปฐมภูมิ

หมายเหตุ : ถ้านำสารสีปฐมภูมิมาผสมกันด้วยสัดส่วนต่าง ๆ กัน จะเกิดเป็นสารผสมได้หลายสี ยกเว้นสารสีขาว ไม่อาจทำให้เกิดได้ด้วยการผสมสารสีอื่น ๆ