ปริศนา เลข 7 สีทั้ง 7 ในแสงอาทิตย์

ปริศนา เลข 7   สีทั้ง 7 ในแสงอาทิตย์

 แสง (อังกฤษ: light) เป็นการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในบางส่วนของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า คำนี้ปกติหมายถึง แสงที่มองเห็นได้ ซึ่งตามนุษย์มองเห็นได้และทำให้เกิดสัมผัสการรับรู้ภาพ แสงที่มองเหห็นได้ปกตินิยามว่ามีความยาวคลื่นอยู่ในช่วง 400–700 นาโนเมตร ระหวางอินฟราเรด (ที่มีความยาวคลื่นยาวกว่านี้) และอัลตราไวโอเล็ต (ที่มีความยาวคลื่นน้อยกว่านี้) ความยาวคลื่นนี้หมายถึงความถี่ช่วงประมาณ 430–750 เทระเฮิรตซ์

สีของลำแสง

แสงจากดวงอาทิตย์เป็นแสงขาว  ซึ่งประกอบด้วยแสง  7 สี  ผสมอยู่ด้วยกัน  เราสามารถใช้ปริซึมแยกลำแสงขาวออกเป็นแสงทั้ง  7  สีได้  โดยจะเห็นเป็นแถบของแสงสีทั้งหมดเรียงติดกัน เราเรียกว่า  สเปกตรัม (Spectrum)  ในธรรมชาติสิ่งที่มีสมบัติเป็นปริซึม  ได้แก่  หยดน้ำฝน  ละอองไอน้ำ  โดยภายหลังจากฝนตกเมื่อแสงแดดส่องกระทบหยดน้ำฝนหรือละออง ไอน้ำ  เราจะมองเห็นแสงแดดเป็นแถบสีทั้ง  7  สี  ปรากฏขึ้นบนท้องฟ้า  ที่เรียกว่า   รุ้งกินน้ำ  (ภาพที่  12.2) 

          สำหรับในอากาศหรือสูญอากาศ  แสงทั้ง  7  สี  จะเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็ว  3 x  10⁸  เมตรต่อวินาที  เท่ากันทุกสี  แต่หากเคลื่อนที่ผ่านตัวกลาง  เช่น  แก้ว  กระดาษ  พลาสติก  แสงแต่ละสีจะมีอัตราเร็วในการเคลื่อนที่ไม่เท่ากัน  โดยจะมีอัตราเร็วน้อยกว่าการเคลื่อนที่ในสุญญากาศ(สุญญากาศ  คือ  บริเวณที่ว่างเปล่าปราศจากอากาศ)  
          เมื่อแสงเคลื่อนที่จากอากาศไปยังตัวกลาง  หรือจากตัวกลางไปยังอากาศ  หรือเคลื่อนที่ผ่านตัวกลาง  2  ชนิด  จะทำให้อัตราเร็วของแสงและทิศการเคลื่อนที่ของแสงเปลี่ยนไป  เราเรียนว่า แสงเกิดการหักเห  ในตัวกลางที่หนาแน่นนั้น  แสงสีแดงจะเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าสีม่วง  ทำให้แสงสีแดงเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่น้อยกว่าแสงสีม่วง   ซึ่งเป็นสาเหตุให้เกิดการกระจายแสงสีขาวออกเป็น  7  สี  นั้นเอง

ลำแสง

  ถ้าลำแสงผ่านควันหรือฝุ่นละออง  จะเห็นลำแสงนี้เป็นเส้นตรงด้วยอัตราเร็ว  300,000 กิโลเมตรต่อวินาที  แสงสามารถผ่านวัตถุบางชนิดได้  แต่แสงไม่สามารถผ่านวัตถุทึบแสงได้  เช่น แผ่นเหล็ก  ผนังคอนกรีต  กระดาษหนาๆ  เป็นต้น  วัตถุทึบแสงจะสะท้อนแสงบางส่วนและดูดกลืนแสงไว้บางส่วน  และเกิดเงาได้เมื่อใช้วัตถุแสงกั้นลำแสงไว้
          วัตถุโปร่งใส หมายถึง วัตถุที่ยอมให้แสงเคลื่อนที่เป็นตรงเส้นผ่านไปได้ เช่น อากาศ  น้ำ เป็นต้น  เราสามารถมองผ่านวัตถุโปร่งใส   เห็นสิ่งต่างๆได้  (ภาพที่  12.1)  
          แสงสามารถผ่านวัตถุโปร่งใสได้  เช่น  กระจกฝ้า  กระดาษฝ้า  พลาสติกฝ้า  วัตถุเหล่านี้ จะกระจายแสงออกไปโดยรอบ  ทำให้แสงเคลื่อนที่ไม่เป็นเส้นตรงเมื่อเคลื่อนที่ผ่านวัตถุโปร่งแสง

การเคลื่อนที่ของแสง

แสงที่ออกมาจากแหล่งกำเนิดแสง  เมื่อเดินทางผ่านตัวกลางที่มีความหนาแน่ต่างกัน จะเกิดการหักเห  แต่จะผ่านเป็นเส้นตรงเมื่อเดินผ่านตัวกลางที่มีความหนาแน่นเท่ากันหรือเป็นตัวกลางชนิดเดียวกัน
          เลนส์และปริซึมเป็นอุปกรณ์ที่ทำให้เกิดการเบี่ยงเบนของลำแสงที่ส่องผ่าน  ต่างกันตรงที่ปริซึมสามารถแยกลำแสงที่ส่องผ่านออกเป็นแสงสีต่างๆ ตามองค์ประกอบของแสงนั้น ๆ หรือที่เรียกว่า สเปกตรัม (spectrum) 

การหักเหของแสง

แสงเมื่อเดินทางจากตัวกลางหนึ่งไปยังตัวกลางอีกชนิดหนึ่งที่เป็นตัวกลางโปร่งใสและมีความหนาแน่นไม่เท่ากัน  ความเร็วในการเดินทางของแสงจะเปลี่ยนไป
          เมื่อแสงเดินทางจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากไปสู่ตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อย แสงจะหักเหออกจากเส้นปกติ  
          ถ้าแสงเดินทางจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากไปหาตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยแสงจะหักเหออกจาเส้นปกติ  ดังนั้นแสงเมื่อเดินทางในตัวกลางที่มีความหนาแน่นมาก  ความเร็วของแสงจะลดลง  จึงทำให้ลำแสงเบนไปจากแนวเดิม  เรียกว่า  แสงเกิดการหักเห  (ภาพที่  12.6)

    แสงเมื่อเดินทางตกกระทบผิวหน้าของวัตถุอันหนึ่ง   เช่น  แสงเดินทางจากอากาศมากระทบแก้วโปร่งใส  แสงส่วนหนึ่งจะสะท้อนกลับ  อีกส่วนหนึ่งจะเดินทางผ่านเข้าไปในแก้ว  และแสงจะหักเหเข้าหาเส้นปกติ   เมื่อแสงเดินทางออกจากแก้วมาสู่อากาศ  แสงจะหักเหออกจากเส้นปกติ  ลำแสงก่อนตกกระทบแก้ว  และลำแสงที่ออกจากแก้วจึงมีลักษณะขนานกัน  
          เมื่อจุ่มหลอดดูดลงไปในน้ำที่บรรจุอยู่ในถ้วยแก้วจึงมองดูเหมือนกับว่าหลอดดูดส่วนที่จมอยู่ในน้ำโค้งงอ  มีขนาดใหญ่กว่าส่วนที่อยู่เหนือน้ำ   และปลาย ล่างสุดของหลอดดูดสูงขึ้นมากันแก้วที่เป็นเช่นนี้เพราะแสงจากหลอดดูดเกิดการหักเห ขณะเดินทางผ่านน้ำผ่านแก้ว  และผ่านอากาศมาเข้าตาของเรา 

การหักเหของแสงทำให้เรามองเห็นภาพของวัตถุอันหนึ่งที่จมอยู่ก้นสระน้ำอยู่ตื้นกว่า ความเป็นจริง   ที่เป็นเช่นนี้ก็เพราะแสงจากก้นสระว่ายน้ำจะหักเหเมื่อเดินทางจากน้ำสู่อากาศ  ทั้งนี้เพราะความเร็วของแสงที่เดินทางในอากาศเร็วกว่าเดินทางในน้ำ  จึงทำให้้แสงช่วงที่ออกจากน้ำสู่อากาศหักเหออกจากเส้นปกติ  จึงทำให้เห็นภาพของวัตถุอยู่ตื้นกว่าความเป็นจริง

การสะท้อนของแสง
 แสงที่เดินทางจากตัวกลางที่โปร่งแสงไปสู่ตัวกลางที่โปร่งใส  เช่น  จากแก้วไปสู่อากาศ ถ้ามุมตกกระทบน้อย   กว่า  42  องศา  แสงบางส่วนจะสะท้อนกลับและบางส่วนจะทะลุออกอากาศ แต่ถ้าที่มุมแก้วตกกระทบแก้วกับ  42  องศา  แสงจะสะท้อนกลับคืนสู่แก้วหมดไม่มีแสงออกจากอากาศเลย  ลักษณะเช่นนี้เรียกว่า  การสะท้อนกลับหมด  นั้นคือ  รอยต่อแก้วกับอากาศทำหน้าที่เสมือนการตกกระทบที่จะทำให้แสงสะท้อนกลับหมด  ซึ่งจะมีค่าแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับชนิดของตัวกลาง (ภาพที่  12.9)

                      

   เมื่อแสงตกกระทบวัตถุ แสงบ่างส่วนจะสะท้อนจากวัตถุ  ถ้าแสงสะท้อนจากวัตถุเข้าสู่นัยน์ตาจะเกิดการมองเห็นและรับรู้เกี่ยวกับวัตถุนั้นได้

   

ภาพที่  12.10  แสดงการสะท้อนของแสง (มานี  จันทวิมล, 2545 : 103)

จากรูป    เมื่อแสงตกกระทบวัตถุทึบแสงผิงเรียบสามารถใช้เส้นตรงและหัวลูกศรแสดงทิศทางของรังสีตกกระทบและรังสีสะท้อน  เมื่อลากเส้นทางเดินของแสงเมื่อตกกระทบวัตถุจะเกิดมุม 2  มุม  โดยเรียกมุมอยู่ระหว่างรังสีตกกระทบกับเส้นปกติกว่า”มุมตกกระทบ” และเรียกมุมที่อยู่ระหว่างรังสีสะท้อนกับเส้นปกติว่า”มุมสะท้อน”  (ภาพที่12.10) ซึ่งการสะท้อนแสงบนผิววัตถุอธิบายได้ด้วย   กฎการสะท้อน  ดังนี้           1.  รังสีตกกระทบ  เส้นปกติ  และรังสีสะท้อนอยู่ในระนาบเดียวกัน           2.  มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน           เมื่อแสงตกกระทบวัตถุผิวเรียบเกิดการสะท้อนของแสงอย่างเป็นระเบียบ  แต่ถ้าแสงตกกระทบพื้นผิวขรุขระ  แสงสะท้อนจะสะท้อนอย่างกระจัดกระจายดัง  (ภาพที่  12.11)    มุมวิกฤต  (criticsl  angle)  เป็นมุมตกกระทบค่าหนึ่งทำให้เกิดมุมหักเหมีค่าเป็น  90  องศา  มุมวิกฤตจะเกิดขึ้นได้เมื่อรังสีตกกระทบผ่านตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากไปยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า  เช่น  เมื่อแสงผ่านแก้วสู่อากาศด้วยมุมวิกฤต จะทำให้แนวรังสีหักเหทับอยู่บนรอยต่อของตัวกลางทั้งสอง             การสะท้อนกลับหมด (total  reflection)  เกิดจากการเดินทางของแสงจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากกว่าไปยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า  เมื่อแสงเคลื่อนที่ถึงรอยต่อระหว่างตัวกลางจะเกิดการสะท้อนกลับสู่ตรงกลางเดิม  การสะท้อนกลับหมดจะเกิดขึ้นเมื่อมุมตกกระทบมีค่ามากกว่ามุมวิกฤต  ทำให้ลำแสงไม่หักเหเข้าไปในตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า  แต่เกิดการสะท้อนกลับหมดแทน  เช่น  การสะท้อนกลับหมดของแสงในเส้นใยนำแสงในการแสดงดนตรีบนเวที  (ภาพที่  12.12) มิราจ  (mirage)  หรือภาพลวงตา  เป็นปรากฏการณ์ซึ่งเกิดจากการหักเหของแสงเนื่องจากชั้นของอากาศที่แสงเดิมทางผ่านมีอุณหภูมิต่างกัน  แล้วเกิดการสะท้อนกลับหมด  เช่น              -   การมองเห็นต้นไม้กลับหัว             -   การมองเห็นเหมือนมีน้ำหรือน้ำมันนองพื้นถนน  ในวันที่มีอากาศร้อนจัด  (ภาพที่ 12.13)              -   การมองเห็นภาพบิดเบี้ยว  เนื่องจากไอของความร้อนขยายตัวลอยสูงขึ้นจากผิวถนน