แสงและเลนส์

เลนส์เป็นอุปกรณ์ที่โปร่งใสมีผิวโค้งสองด้านมักจะทำจากแก้วหรือพลาสติกที่ใช้การหักเหของแสงในรูปแบบภาพของวัตถุ กระจกที่มีพื้นผิวโค้งที่ออกแบบมาเพื่อสะท้อนรังสีเพื่อสร้างรูปแบบภาพ  ระบบการทำงานของเลนส์หรือกระจกสร้างรูปแบบภาพโดยการรวบรวมรังสีจากวัตถุแล้วทำให้พวกเขามาบรรจบกันหรือกระจายแสงออก  ตำแหน่งที่รังสีมาบรรจบกันหรือกระจายแสงจะสร้างภาพ  ภาพจริงจะเกิดขึ้นเมื่อรังสีของแสงมาบรรจบกันที่จุดรวม  ส่วนภาพเสมือนจะเกิดขึ้นที่จุดตัดของแสงโดยเสมือนเมื่อรังสีของแสงไม่ได้ตัดกันโดยตรง

แสงเป็นพลังงานรูปหนึ่ง เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ความเร็วในสุญญากาศคือ 3×108 m/s มีคุณสมบัติ 4 อย่าง คือ การสะท้อน การหักเห การแทรกสอด และการเลี้ยวเบน

การสะท้อนของแสง (Reflection of light)

เกิดจากการที่แสงเคลื่อนที่ไปกระทบวัตถุทึบแสง จึงเกิดการเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่ การสะท้อนนั้นขึ้นอยู่กับลักษณะผิววัตถุ

การสะท้อนของแสงทำให้เกิดมุมตกกระทบคือมุมที่แสงตกกระทบทำกับเส้นตั้งฉากกับกระจก และมุมสะท้อนคือมุมที่แสงสะท้อนทำกับเส้นตั้งฉากกับกระจก  กฎของการสะท้อนกล่าวว่า “เมื่อเกิดการสะท้อนแสงทุกครั้งมุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อนเสมอ”

กฎการสะท้อนของแสง (Law of Reflection)

มุมตกกระทบคือมุมที่รังสีตกกระทบ (Incident ray) ทำกับเส้นปกติ (Normal) ของผิวสะท้อน

การหักเหของแสง (Refraction of light)

กฎของสเนลล์ (Snell’s law)

ตัวอย่าง

ถ้าดัชนีหักเหของแสงในตัวกลางที่หนึ่งเท่ากับ 1.5 จงหาอัตราเร็วของแสงในตัวกลางนี้ กำหนดให้ดัชนีหักเหของแสงในอากาศเท่ากับ 1

มุมวิกฤต

มุมวิกฤต คือ มุมที่ตกกระทบที่ทำให้เกิดมุมหักเหเป็นมุม 90o พอดี เกิดจากแสงจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากกว่าไปสู่ตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า หรือแสงจากตัวกลางที่มีดัชนีหักเหมากไปสู่ตัวกลางที่มีดัชนีหักเหน้อยกว่า

กฎของสเนลล์

การสะท้อนกลับหมด (Total reflection) คือ ปรากฏการณ์ที่เกิดจากมุมตกกระทบมีขนาดโตกว่ามุมวิกฤต จะทำให้แสงเกิดการสะท้อนกลับสู่ตัวกลางเดิมทั้งหมด ไม่มีการหักเหออกไปอีก

ลึกจริง ลึกปรากฏ

เมื่อให้ O คือวัตถุ I คือภาพวัตถุ s คือระยะวัตถุจากผิวรอยต่อของตัวกลาง s’ คือระยะภาพวุตถุจากผิวรอยต่อของตัวกลาง และ d คือระยะร่น

ตัวอย่าง

นกตัวหนึ่งบินอยู่ในอากาศสูงจากผิวน้ำ 3 m มนุษย์กบที่ดำอยู่ใต้น้ำแบะมองดูนกตัวนี้ในแนวเส้นปกติจะมองเห็นนกไกลหรือใกล้กว่าความเป็นจริงเท่าไร

1. ใกล้เข้ามามากกว่าความเป็นจริง 1.00 m
2. ไกลเข้ามามากกว่าความเป็นจริง 1.00 m
3. ใกล้เข้ามามากกว่าความเป็นจริง 2.25 m
4. ไกลเข้ามามากกว่าความเป็นจริง 2.25 m

ภาพจะไกลกว่าความเป็นจริง d = 4-3 = 1 m

เลนส์

เลนส์ คือ ตัวกลางโปร่งแสงที่สามารถรวมแสงหรือกระจายแสงโดยอาศัยการหักเหของแสงที่เดินทางผ่านเลนส์ แล้วเกิดการหักเห โดยรังสีหักเหไปตัดกันที่จุดโฟกัส ซึ่งจะเป็นจุดโฟกัสจริงสำหรับเลนส์นูน และเป็นจุดโฟกัสเสมือนสำหรับเลนส์เว้า เลนส์มี 2 ชนิด

1.เลนส์นูน มีลักษณะขอบบาง กลางหนา และมีคุณสมบัติรวมแสง

2.เลนส์เว้า มีลักษณะขอบหนา กลางบาง และมีคุณสมบัติกระจายแสง

ภาพที่เกิดจากเลนส์นูน

ภาพที่เกิดจากเลนส์เว้า

สูตรที่ใช้ในการคำนวณการเกิดภาพในเลนส์นูนและเลนส์เว้า