แหล่งอ้างอิง : แสงและทัศนอุปกรณ์

http://www.thaigoodview.com/library/contest2552/type2/science04/01/page5.html

http://www.maceducation.com/e-knowledge/2432209100/18.htm

http://www.rmutphysics.com/physics/oldfront/62/light1/ligh_4.htm

http://www.kpsw.ac.th/teacher/piyaporn/page6.htm



สี

   - การผสมสารสี การที่เรามองเห็นวัตถุเป็นสีต่าง ๆ ส่วนใหญ่เราเห็นสีเนื่องมาจากแสงที่สะท้อนมาจากวัตถุ มากกว่าเห็นสีจากแสงที่ทะลุผ่านวัตถุ ดังนั้นสีตามธรรมชาติของวัตถุ ที่เราต้องการเห็นจะต้องดูวัตถุนั้นด้วยแสงขาวของดวงอาทิตย์ เมื่อเป็นเช่นนี้สีของวัตถุที่เห็น จะต้องมีสิ่งที่กำหนดสีบนวัตถุ ได้แก่ แสงที่กระทบผิววัตถุ และสารสีบนวัตถุ (สารสีที่ผสมในเนื้อวัตถุ ) สารสีต่าง ๆ ที่อยู่ในเนื้อวัตถุ ที่ไม่สามารถสร้างขึ้นได้จากการผสมสารสีต่าง ๆ เข้าด้วยกันมี อยู่ 3 สี คือ สีเหลือง สีแดงม่วง และสีน้ำเงินเขียว ซึ่งเรียกว่า สารสีปฐมภูมิ สารสีทั้ง 3 นี้ จะมีหน้าที่ดังนี้

สารสีเหลือง จะไม่ดูดกลืนแถบสีเหลืองที่อยู่ถัดสีแดง นอกนั้นดูดกลืนหมด

สารสีแดงม่วง  จะไม่ดูดกลืนแถบสีแดง นอกนั้นดูดกลืนหมด

สารสีน้ำเงินเขียว จะไม่ดูดกลืนแถบสีน้ำเงินม่วง นอกนั้นดูดกลืนหมด

ถ้านำสารสีปฐมภูมิทั้ง 3 สี มาผสมกันด้วยปริมาณที่เท่า ๆ กัน จะได้ สารสีดำ ซึ่งมีสมบัติดูดกลืนแสงสีทุกแถบสีในสเปกตรัมของแสงขาว ถ้านำสารสีปฐมภูมิทั้ง 3 สีมาผสมกัน ด้วยสัดส่วนต่าง ๆ กัน จะเกิดเป็นสารผสมได้หลายสี ยกเว้น สารสีขาว ไม่อาจทำให้เกิดได้ด้วยการผสมสารสีอื่น ๆ ดังรูป

    -  การผสมแสงสี

แสงสีแดง +แสงสีน้ำเงิน = แสงสีม่วงแดง (Magenta)

แสงสีแดง +แสงสีเขียว = แสงสีเหลือง (Yellow or lemon)

แสงสีน้ำเงิน +แสงสีเขียว = แสงสีไซแอนหรือน้ำเงิน-เขียว (Cyan or Blue-Green)

แสงสีแดง + แสงสีน้ำเงิน + แสงสีเขียว = แสงสีขาว(White)

      แสงที่สะท้อนหรือทะลุผ่านออกมาจากวัตถุต่างๆ มักไม่เป็นเพียงสีเดียว ดังนั้นเมื่อเราต้องเห็นแสงสีเดียว เราจึงมักจะเห็นได้จากการผสมแสงสีเข้าด้วยกัน โดยนำแสงสีแดง แสงสีเขียว และแสงสีน้ำเงิน มาผสมกันบนฉากสีขาวด้วยสัดส่วนเท่าๆ กัน จะให้ผลเหมือนกับเราฉายแสงขาวลงบนฉากขาว นั่นคือ แถบแสงสีต่างๆ ในแสงสีแดง แสงสีเขียว และแสงสีน้ำเงินจะรวมกันเป็นสเปกตรัมของแสงขาวพอดี ดังรูป แสงสีทั้งสามนี้เรียกว่า แสงสีปฐมภูมิ เราอาจนำแสงสีปฐมภูมิมาผสมกันเพื่อให้แสงสีต่างๆ กันได้หลายสี ยกเว้น แสงสีดำ

ตาและการมองเห็น

      สำหรับคนสายตาสั้น ระยะไกลที่ตามองเห็นภาพชัด จะไม่ใช่ระยะอนันต์ (จุดไกล )แต่จะเห็นภาพชัดคือ จุดใกล้  การแก้ไขให้มองเห็นภาพชัดเหมือนสายตาปกติ จะต้องสวมแว่นที่ทำด้วยเลนส์เว้า ดังรูป

   สำหรับคนสายตายาว ระยะใกล้ที่ตามองเห็นภาพชัด จะไม่ใช่จุดใกล้ แต่จะเห็นภาพชัดที่ จุดไกล คือ ระยะอนันต์  การแก้ไขให้มองเห็นภาพชัดเหมือนคนสายตาปกติ จะต้องสวมแว่นที่ทำด้วยเลนส์นูน ดังรูป 



การถนอมสายตา

       การดูวัตถุที่มีความสว่างมาก ไม่ควรดูวัตถุหรือแหล่งกำเนิดแสงที่มีความสว่างมาก เช่น ดวงอาทิตย์แสงจากสปอตไลท์ แสงจากการเชื่อมโลหะ เป็นต้น เพราะเลนส์ตาจะรวมแสงให้ไปตกบนเรตินา ดังรูป ซึงอาจทำให้เรตินาถูกทำลายอย่างถาวร ถ้าจำเป็นต้องดูวัตถุที่มีความสว่างมาก ๆ เช่น ดวงอาทิตย์ขณะเกิดสุริยุปราคา ควรดูผ่านฟิล์มกรองแสง

การดูวัตถุที่มีความสว่างน้อย การดูวัตถุที่มีความสว่างน้อยไม่ทำอันตรายเรตินา แต่เป็นการดูที่ต้องเพ่งพิจารณา เช่น การอ่านหนังสือ กล้ามเนื้อตาจะต้องทำงานหนักกว่าปกติ และถ้าอ่านในที่มีความสว่างน้อยเป็นระยะเวลานานหรือบ่อย กล้ามเนื้อตาจะเสื่อมเร็วกว่าที่ควรการดูผ่านทัศนอุปกรณ์ ได้แก่ กล้องส่องทางไกล กล้องโทรทรรศน์ ดูวัตถุหรือแหล่งกำเนิดแสงที่มีความสว่างมาก จะทำให้เรตินาเป็นอันตราย ดังนั้นการดู หรือถ่ายภาพดวงอาทิตย์ เมื่อเกิดสุริยุปราคา จึงต้องทำด้วยความระมัดระวัง โดยดูผ่านฟิล์มกรองแสง หรือดูโดยมีผู้เชี่ยวชาญ ด้านดาราศาสตร์ดูแล



ความสว่าง

  เป็นที่ทราบกันดีว่าแสงเป็นพลังงานรูปหนึ่งที่สามารถทำให้พื้นที่ที่แสงตกกระทบสว่าง ปริมาณพลังงานแสงที่เปล่งออกจากแหล่งกำเนิดแสงใด ๆ ต่อหนึ่งหน่วยเวลา เรียกว่า ฟลักซ์ส่องสว่าง ( Luminous Flux ) มีหน่วยวัดเป็น ลูเมน หลอดไฟฟ้าซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดแสงที่นิยมใช้กันตามบ้านเรือนมี 2 ชนิดคือหลอดไฟฟ้าแบบไส้ และหลอดไฟฟ้าฟลูออเรสเซนต์ ตาราง 1 แสดงฟลักซ์ส่องสว่างของหลอดไฟฟ้าทั้ง 2 ชนิด

จากตาราง จะเห็นได้ว่าฟลักซ์ส่องสว่างของหลอดฟลูออเรสเซนต์มากกว่าแบบไส้ประมาณ 6 เท่า ดังนั้นเมื่อหลอดทั้งสองใช้กำลังไฟฟ้าเท่ากันประสิทธิภาพในการเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นความสว่าง
ของหลอดฟลูออเรสเซนต์จึงสูงกว่าแบบไส้

ทัศนอุปกรณ์

   - เครื่องฉายภาพนิ่ง

เครื่องฉายภาพนิ่งมีส่วนประกอบและหน้าที่สำคัญดังนี้

ส่วนประกอบของเครื่องฉายภาพนิ่ง

  1.กระจกสะท้อนแสง ทำด้วยโลหะฉาบอะลูมิเนียม ทำหน้าที่สะท้อนแสงด้านหลังของหลอดฉายไปใช้ประโยชน์ด้านหน้า

  2.หลอดฉาย เป็นหลอดไฟขนาดเล็ก มีกำลังการส่องสว่างสูง เนื่องจากหลอดฉายแผ่รังสีความร้อนสูงมาก  เครื่องฉายภาพทั่วไปจึงมีพัดลมเป่าระบายความร้อน

  3.เลนส์รวมแสง เป็นเลนส์นูนแกมระนาบ 2 อัน หันด้านนูนเข้าหากันทำหน้าที่รวมแสงทั้งหมดให้มีความเข้มสูงผ่านสไลด์ และทำให้เกิดภาพจริงของหลอดฉายไปตกตรงจุดศูนย์กลางของเลนส์ภาพ เพื่อมิให้เกิดภาพของหลอดไฟที่จอฉาย

  4.เลนส์หน้ากล้อง เป็นเลนส์นูนเดี่ยวหรือหลายอันประกอบกัน เลนส์หน้ากล้องมีหน้าที่ฉายภาพไปเกิดภาพจริงหัวกลับที่จอ

   - กล้องถ่ายรูป (camera)

กล้องถ่ายรูป หรือ กล้องถ่ายภาพ เป็นอุปกรณ์บันทึกแสงที่สะท้อนจากวัตถุผ่านเลนส์ของกล้อง เป็นการจำลองภาพทางแสงให้บันทึกลงบนวัสดุไวแสง (ฟิล์มถ่ายภาพประเภทต่าง ๆ หรือตัวรับภาพ - Image Sensor) บันทึกเป็นภาพแฝงบนวัสดุไวแสง ก่อนนำไปผ่านกระบวนการล้างให้เป็นภาพถ่ายถาวร

              กล้องถ่ายรูป

กล้องถ่ายรูปมีส่วนประกอบและหน้าที่สำคัญดังนี้

ส่วนประกอบภายในกล้องถ่ายรูปอย่างง่าย

  1. ตัวกล้อง  ทำหน้าที่เป็นห้องมืด ภายในทาสีดำเพื่อป้องกันแสงจากภายนอก และช่วยลดการสะท้อนแสงภายในกล้อง

  2. เลนส์นูน  ทำหน้าที่รับแสงจากวัตถุที่อยู่ไกลเกินระยะ 2f เพื่อให้เกิดภาพจริงขนาดย่อบนฟิล์ม
  3. วงแหวนปรับความชัด เป็นตัวที่ใช้เลื่อนเลนส์นูนให้ออกห่างหรือเข้าใกล้ฟิล์ม เพื่อให้ได้ภาพชัดตามต้องการ

  4. ไดอะแฟรม เป็นช่องกลม ทำหน้าที่ควบคุมปริมาณแสงที่ผ่านเข้ากล้อง

  5. ชัตเตอร์ เป็นแผ่นทึบแสง ทำหน้าที่ ปืด เปิด ให้แสงเข้ามาในกล้อง ซึ่งสามารถตั้งช่วงเวลาการปิด– เปิด โดยการปรับ ความเร็วชัตเตอร์ ถ้าวัตถุมีความสว่างมากต้องลดขนาดช่องของไดอะแฟรมหรือเพิ่มความเร็วชัตเตอร์ แต่ถ้าวัตถุมีความสว่างน้อย เราต้องเพิ่มขนาดของไดอะแฟรมหรือลดความเร็วชัตเตอร์

  6. ฟิล์ม ทำหน้าที่เป็นฉากรับภาพ เมื่อแสงตกบนฟิล์มจะเกิดปฏิกิริยาเคมี และเมื่อนำฟิล์มไปล้างตามขั้นตอน ก็จะได้ภาพจริงหัวกลับ ขนาดเล็กกว่าวัตถุบนฟิล์ม

    - กล้องจุลทรรศน์ (microscope)

ชนิดของกล้องจุลทรรศน์ กล้องจุลทรรศน์สามารถแบ่งออกเป็นประเภทใหญ่ๆได้ 2 ประเภท คือ กล้องจุลทรรศน์แบบแสง (Optical microscopes) และกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (Electron microscope)

กล้องจุลทรรศน์ชนิดที่พบได้มากที่สุด คือชนิดที่ประดิษฐ์ขึ้นเป็นครั้งแรก เรียกว่า กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง (optical microscope) เป็นอุปกรณ์ใช้แสงอย่างหนึ่ง มีเลนส์อย่างน้อย 1 ชิ้น เพื่อทำการขยายภาพวัตถุที่วางในระนาบโฟกัสของเลนส์นั้นๆ

   - กล้องโทรทรรศน์(Telescope)

กล้องโทรทัศน์เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ดูวัตถุที่อยู่ไกล ประกอบด้วยเลนส์ 2 เลนส์ มี 2 ประเภท คือกล้องโทรทรรศน์หักเห  และกล้องโทรทรรศน์ชนิดสะท้อนแสง

กล้องโทรทรรศน์หักเห (Refracting telescope) ใช้เลนส์นูนเป็นเลนส์ใกล้วัตถุมีความยาวโฟกัสมากอาจจะถึงหลาย ๆ เมตร เนื่องจากวัตถุที่ต้องการดูอยู่ไกลมากดังนั้นภาพที่เกิดจึงตกที่จุดโฟกัสของเลนส์ใกล้วัตถุเป็นวัตถุเสมือนของเลนส์ใกล้ตาโดยใช้เลนส์เว้าหรือเลนส์นูนเป็นเลนส์ใกล้ตาก็ได้ วัตถุเสมือนนี้จะอยู่ระหว่างจุดโฟกัส ของเลนส์ใกล้ตากับเลนส์ ดังนั้นภาพสุดท้ายที่เกิดขึ้นจะได้ภาพเสมือนขนาดขยาย กล้องโทรทรรศน์ชนิดสะท้อนแสง (Reflecting telescope)ใช้กระจกเว้ารูปพาราโบลาที่ไม่มีความคลาด เป็นตัวสะท้อนแสงใกล้วัตถุ ภาพที่ได้เกิดขึ้นที่ จุดโฟกัสใช้กระจกนูนเป็นตัวสะท้อนครั้งที่สองเกิดภาพเสมือนขนาดขยาย

ปรากฏการณ์ที่เกี่ยวกับแสง

   - การกระจายแสง

เมื่อให้แสงขาวซึ่งประกอบด้วยแสงหลายสีผ่านปริซึมสามเหลี่ยม พบว่าแสงที่หักเหออกมาจากปริซึมจะไม่เป็นแสงขาว แต่จะมีสีต่าง ๆ กัน แสงแต่ละสีที่หักเหออกมาจะทำมุมหักเหต่าง ๆ กัน

เมื่อให้แสงสีขาวหรือแสงแดดผ่านแท่งปริซึมจะทำให้เกิดการหักเหภายในแท่งปริซึมแล้วกระจายออกเป็นสีต่างๆเรียงตามลำดับ ม่วง ,คราม ,น้ำเงิน ,เขียว ,เหลือง ,แสด ,แดง แสงแต่ละสีที่หักเหออกมาจะทำมุมหักเหต่างกันแสงแต่ละสีจึงปรากฏบนฉาก ณ ตำแหน่งต่าง ๆ กัน ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า การกระจายของแสง                                            

   - การสะท้อนกลับหมด (Total Internal Reflection)

การสะท้อนกลับหมดในตัวกลางที่มีดรรชนีหักเหมาก

   - รุ้ง( Rainbow)

รุ้งกินน้ำ เป็นปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่เกิดขึ้นหลังจากฝนตก โดยเกิดขึ้นจากแสงแดดส่องผ่านละอองน้ำในอากาศ ทำให้แสงสีต่าง ๆ เกิดการหักเหขึ้น จึงเห็นเป็นแถบสีต่าง ๆ ปรากฏขึ้นบนท้องฟ้า รุ้งประกอบด้วยสีม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด และ แดง

รุ้งปฐมภูมิ เกิดจากแสงแดดตกกระทบเข้าทางด้านบนของหยดน้ำ ซึ่งมีขั้นตอนการเกิดรุ้งดังนี้ เมื่อแสงแดดตกกระทบหยดน้ำจะเกิดการหักเหหรือกระจายแสงเป็น 7สีในหยดน้ำแสงแต่ละสีจะเกิดการสะท้อนกลับหมดที่ผิวด้านในของหยดน้ำแสงแต่ละสีจะเกิดการหักเหออกจากหยดน้ำรุ้งปฐมภูมิจะเกิดการหักเห2 ครั้งสะท้อน1ครั้ง แถบแดงจะอยู่บนสุดและแถบม่วงจะอยู่ล่างสุด หยดน้ำแต่ละหยดจะให้แสงออกมา 7 สีแต่จะมีเพียงสีเดียวเท่านั้นของหยดน้ำแต่ละหยดที่เดินทางเข้าสู่ตาเรา คือถ้าแสงสีแดงผ่านเข้าตา แสงสีอื่นจะผ่านเหนือตา และถ้าแสงสีม่วงผ่านเข้าตาแสงสีอื่นจะผ่านใต้ตา

รุ้งทุติยภูมิ   เกิดจากแสงแดดตกกระทบเข้าทางด้านล่างของหยดน้ำ ซึ่งมีลำดับขั้นตองการเกิดรุ้งดังนี้ เมื่อแสงแดดตกกระทบหยดน้ำจะเกิดการหักเหหรือการกระจายแสงเป็น7 สีในหยดน้ำ แสงแต่ละสีจะเกิดการสะท้อนกลับหมดครั้งที่1 ที่ผิวด้านใน แสงแต่ละสีจะเกิดการสะท้อนกลับหมดครั้งที่2 ที่ผิวด้านในแสงแต่ละสีจะเกิดการหักเหออกจากหยดน้ำ รุ้งทุติยภูมิเกิดการหักเห 2ครั้งสะท้อน 2ครั้ง แถบสีแดงจะอยู่ล่างสุด แถบสีม่วงจะอยู่บนสุดหยดจะให้แสงออกมา 7 สีแต่จะมีเพียงสีเดียวเท่านั้น ของหยดน้ำแต่ละหยดที่เดินทางเข้าสู่ตาเรา คือถ้าแสงสีแดงผ่านเข้าตา แสงสีอื่นจะผ่านใต้ตา และถ้าแสงสีม่วงผ่านเข้าตาแสงสีอื่นจะผ่านเหนือตา

     - มิราจ (Mirage)

ตัวอย่างปรากฏการณ์มิราจที่เกิดขึ้นบนพื้นถนน

 มิราจ เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดจากแสงจากท้องฟ้าหักเหและสะท้อนกลับหมดจากชั้นของอากาศร้อนบน พื้นดินที่เป็นเช่นนี้เพราะ ในขณะที่แสงแดดร้อนจัดอากาศที่ใกล้ผิวถนนจะมีอุณหภูมิสูงกว่า อากาศที่อยู่สูงจากผิวถนนขึ้นไป อากาศที่อยู่ใกล้ผิวถนนจึงมีความหนาแน่นน้อยกว่าอากาศที่อยู่สูงจากผิวถนนขึ้นไป ความหนาแน่นของอากาศที่แตกต่างกัน จึงเปรียบเสมือนตัวกลางที่แตกต่างกันดังนั้นเมื่อแสงจากท้องฟ้าเดินทางผ่านความหนาแน่นของอากาศที่แตกต่างกันแสงจึงเกิดการหักเหได้ และเมื่อมุมตกกระทบโตกว่ามุมวิกฤต จึงเกิดการสะท้อนกลับหมด นอกจากนี้จากหลักการสะท้อนกลับหมดของแสงได้ถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางในเส้นใยนำแสงอีกด้วย