แสงและการมองเห็น
แสง คือพลังงานรูปหนึ่งที่ไม่มีตัวตน แต่สามารถทำงานได้ แสงช่วยให้เรามองเห็นสิ่งต่าง ๆ แสงเปลี่ยนมาจากพลังงานรูปหนึ่งแล้วยังเปลี่ยนไปเป็นพลังงานรูปอื่นได้
แหล่งกำเนิดแสง
1. ดวงอาทิตย์ เป็นแหล่งกำเนิดแสงตามธรรมชาติที่ใหญ่ที่สุดและสำคัญที่สุด
เมื่อปี พ.ศ.2209 เซอร์ไอแซก นิวตัน นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ได้ทดลองเกี่ยวกับ เรื่องแสง พบว่าถ้าให้แสงอาทิตย์ส่องผ่านปริซึม แสงจะเกิดการหักเหออกมาเป็นแสงสีต่างๆ 7 สี เรียกว่า “สเปกตรัม” เริ่มจากแสงที่มีความยาวคลื่นสั้นไปหาแสงสีที่มีความยาวคลื่นยาวได้ดังนี้ คือ ม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด และแดง ที่สามารถมองเห็นได้ นอกจากนี้ยังมีรังสีอื่นๆ ที่ไม่สามารถมองเห็นได้ ได้แก่ รังสีเหนือม่วงหรือรังสีอัลตราไวโอเลต เป็นรังสีที่มีความถี่สูงกว่าแสงสีม่วง และรังสีใต้แดงหรือรังสีอินฟาเรด เป็นรังสีที่มีความถี่ต่ำกว่าแสงสีแดง
2. สิ่งมีชีวิต เช่น หิ่งห้อย ปลาบางชนิด
3. เทียนไข คบเพลิง หลอดไฟฟ้า เป็นแหล่งกำเนิดที่มาจากการเปลี่ยนแปลงพลังงานรูปอื่นมาเป็นพลังงานแสง ปริมาณพลังงานแสงที่ส่องออกมาจากแหล่งกำเนิดแสงใดๆ ต่อหนึ่งหน่วยเวลาหรืออัตราการให้พลังงานแสงของแหล่งกำเนิดแสง มีหน่วยการวัดเป็นลูเมน หลอดไฟฟ้าที่นิยมใช้กันตามบ้านเรือนมี 2 ชนิด คือ หลอดไฟฟ้าแบบไส้ และหลอดไฟฟ้าแบบไส้ และหลอดเรืองแสงหรือหลอดฟลูออเรสเซนต์ ในจำนวนวัตต์ที่เท่ากัน หลอดเรืองแสงให้ความสว่างมากกว่าหลอดไฟฟ้าแบบไส้ประมาณ 3-4 เท่า
ส่วนประกอบของนัยน์ตา ได้แก่
- กระจกตาหรือคอร์เนีย (cornea) อยู่ที่ผิวหน้าและหุ้มลูกนัยน์ตาไว้ เป็นตัวกลางโปร่งใส
- เลนส์ตา (lens) เป็นเลนส์นูน ทำหน้าที่รับแสงจากวัตถุ มีความยืดหยุ่น เพื่อให้สามารถมองเห็นวัตถุที่ระยะต่างๆ กันได้ชัดเจนตลอด
- กล้ามเนื้อยึดเลนส์ตา (ciliary muscle) สามารถหดตัวหรือคลายตัวได้ เพื่อบีบให้เลนส์ตานูนมากหรือน้อย และช่วยทำให้นัยน์ตาสามารถกลอกไปมาได้
- ม่านตา (iris) เป็นเนื้อเยื่อส่วนที่มีสีของนัยน์ตา (แล้วแต่เชื้อชาติ) ทำหน้าที่ควบคุมปริมาณแสงที่จะผ่านเข้าสู่เลนส์ตา
- รูม่านตา (pupil) ช่องกลางม่านตา เป็นส่วนที่มีสีเข้มกลางนัยน์ตา รับแสงผ่านเข้าสู่เลนส์ตา
- เรตินา (retina) เป็นบริเวณเนื้อเยื่อสีดำชั้นในสุด ประกอบด้วยใยประสาทที่ไวต่อแสงเป็นจำนวนมาก ประกอบด้วยเซลล์ประสาท 2 ชนิด คือ เซลล์ประสาทรูปแท่ง (rod cells) จะไวต่อแสงที่มีความเข้มน้อย ไม่สามารถจำแนกสีของแสงนั้นได้ ทำให้เกิดความรู้สึกเกี่ยวกับความมืดและความสว่าง ขาวหรือดำ และเซลล์ประสาทรูปกรวย (cone cells) ไวต่อแสงที่มีความเข้มสูงสามารถจำแนกแสงต่อละสีได้ ทำให้เกิดความรู้สึกเกี่ยวกับสี เซลล์ประสาทเหล่านี้จะรวมกันเป็นประสาทตา (optic nerve) ประสาทตาทำหน้าที่เปลี่ยนสัญญาณแสงเป็นสัญญาณไฟฟ้าเข้าสู่สมองแล้วสมองจะแปลความหมายเป็นภาพที่มองเห็น
ความผิดปกติที่เกิดกับนัยน์ตา
- สายตาสั้น สายตาสั้นจะมองเห็นสิ่งต่างๆ ที่ระยะใกล้กว่า 25 เซนติเมตร เนื่องจากกระบอกตายาว ภาพจึงตกก่อนถึงเรตินา
วิธีการแก้ไข สวมแว่นตาทำด้วยเลนส์เว้า เพื่อถ่วงแสงให้ไปตกถึงเรตินา
ภาพที่ 1 เลนส์เว้าแก้สายตาสั้น
ที่มา เอกสารใบความรู้เรื่อง แสงและสมบัติของแสง รายวิชา วิทยาศาสตร์ ว 32101 ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 2 โรงเรียนสุราษฎร์ธานี.
- สายตายาว สายตายาวเกิดจากกระบอกตาสั้นเกินไป ภาพตกเลยเรตินา จะมองเห็นสิ่งต่างๆ ชัดที่ระยะไกล ส่วนระยะใกล้มองเห็นไม่ชัด
วิธีการแก้ไข สวมแว่นตาทำด้วยเลนส์นูน เพื่อช่วยรวมแสงให้ตกใกล้เข้ามา
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
-ขอบคุณข้อมูล https://www.trueplookpanya.com/