ตอนนี้เราทุกคนรู้ว่าวัตถุจะมองเห็นได้ต่อเมื่อ แสงที่สะท้อนหรือเปล่งออก มาจากดวงตาของเรา ให้เราเข้าใจปรากฏการณ์การสะท้อนแสง
ในบทนี้เราจะได้เรียนรู้:
คุณเคยสังเกตแสงคบเพลิงในห้องมืดกระทบกับกระจกระนาบหรือผนังหรือไม่? เกิดอะไรขึ้นกับแสง คุณจะเห็นลำแสงบางส่วนสะท้อนกลับมา ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการสะท้อนแสง
เมื่อลำแสงกระทบกับขอบเขตของตัวกลางสองตัว เช่น อากาศและกระจก แสงส่วนหนึ่งจะหันกลับเข้าไปในตัวกลางเดิม สิ่งนี้เรียกว่า "การสะท้อนแสง" พื้นผิวที่มีความมันเงาสูง เช่น กระจกจะสะท้อนแสงส่วนใหญ่ที่ตกกระทบ
พิจารณาการตกกระทบของลำแสงที่ผิวกระจกระนาบ
รังสีตกกระทบ คือ รังสีของแสงที่ตกกระทบพื้นผิว
รังสีสะท้อน คือรังสีตกกระทบที่สะท้อนกลับมายังตัวกลางเดิมหลังจากตกกระทบพื้นผิวที่สะท้อน
จุดตกกระทบ ซึ่งก็คือ 'P' ในที่นี้คือจุดบนพื้นผิวสะท้อนที่รังสีตกกระทบตกกระทบและรังสีสะท้อนสะท้อนกลับ
เส้น ปกติ คือเส้นที่ลากตั้งฉากกับพื้นผิวสะท้อน ณ จุดตกกระทบ
มุมตกกระทบ (i) คือมุมระหว่างรังสีปกติและรังสีตกกระทบ
มุมสะท้อน (r) คือมุมระหว่างเส้นปกติและรังสีสะท้อน
กฎการสะท้อนของแสง ระบุว่า
การสะท้อนแบบปกติ: หากรังสีตกกระทบขนานกันสะท้อนในลักษณะที่รังสีสะท้อนทั้งหมดขนานกัน การสะท้อนดังกล่าวเรียกว่า การสะท้อนแบบปกติหรือการสะท้อนแบบสเปกกูลาร์ ตัวอย่างเช่น การสะท้อนจากพื้นผิวเรียบขัดเงา เช่น กระจกระนาบ จะแสดงการสะท้อนปกติ มุมตกกระทบของรังสีคู่ขนานทั้งหมดที่ตกกระทบบนพื้นผิวเรียบจะเท่ากัน และมุมสะท้อนของรังสีแสงที่สะท้อนทั้งหมดก็เท่ากัน ดังนั้น รังสีคู่ขนานของแสงที่ตกบนพื้นผิวเรียบจะสะท้อนกลับเป็น ลำแสงคู่ขนานในทิศทางเดียวเท่านั้น เนื่องจากกระจกคุณสมบัตินี้ พื้นผิวโลหะขัดเงา และรูปทรงน้ำนิ่ง เรายังสามารถเปลี่ยนแสงแดดไปยังที่มืดได้ด้วยการสะท้อนแสงเป็นประจำโดยใช้พื้นผิวมันเงา
การสะท้อนที่ไม่สม่ำเสมอ : เมื่อลำแสงคู่ขนานของแสงที่ตกกระทบตกกระทบบนพื้นผิวที่ไม่สม่ำเสมอหรือขรุขระ แสงเหล่านั้นจะสะท้อนไปในทิศทางต่างๆ กัน การสะท้อนดังกล่าวเรียกว่า การสะท้อนที่ไม่สม่ำเสมอ หรือ การสะท้อนแสงแบบกระจาย รังสีที่ตกกระทบจะไม่อยู่ในแนวขนานหลังจากการสะท้อนกลับ แต่จะสะท้อนกลับในทิศทางที่ต่างกัน ทำไม คำตอบคือ อนุภาคของพื้นผิวขรุขระล้วนหันไปในทิศทางต่างๆ กัน เนื่องจากมุมตกกระทบของรังสีคู่ขนานทั้งหมดแตกต่างกัน ดังนั้นมุมสะท้อนของรังสีทั้งหมดจึงแตกต่างกันด้วย เช่น รังสีตกกระทบพื้นผิวขรุขระ เช่น ผนังและพื้น เราเห็นวัตถุที่ไม่เรืองแสงเนื่องจากการสะท้อนแสงแบบกระจาย หนังสือที่วางอยู่บนโต๊ะมองเห็นได้จากทุกส่วนของห้องเนื่องจากการสะท้อนแสงกระจายจากพื้นผิว พื้นผิวของหนังสือที่ขรุขระสะท้อนแสงไปรอบทิศทาง ดังนั้นหนังสือจึงมองเห็นได้จากทุกส่วนของห้อง
หมายเหตุ: ความสว่างของวัตถุขึ้นอยู่กับความเข้มของรังสีแสงที่ตกกระทบและค่าการสะท้อนแสงของวัตถุด้วย
คำถาม: ทำไมกระจกสร้างภาพแต่ผนังไม่มี?
คำตอบ: ในกระจกเงา ส่วนที่สะท้อนแสงจะแบนมาก ดังนั้นหลังจากสะท้อนออกจากกระจกแล้ว แสงจะมีรูปแบบเหมือนเดิมและสามารถสร้างภาพได้ แต่พื้นผิวผนังขรุขระ ดังนั้นลำแสงจะสะท้อนออกไปในทิศทางต่างๆ กันและเกิดการสับสนระหว่างกระบวนการ ก็เหมือนกับการเห็นภาพสะท้อนของคุณบนแผ่นอลูมิเนียมฟอยล์เรียบๆ ขยำฟอยล์แล้วพยายามดูรูปของคุณ มันจะมองไม่เห็นอีกต่อไป
เมื่อเราเข้าใจแล้วว่าแสงสะท้อนคืออะไร เรามาเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับกระจกระนาบและวิธีสร้างภาพ
กระจก ระนาบ ทำโดย ใส่ซิลเวอร์ไนเตรตหรืออลูมิเนียมบาง ๆ ไว้ด้านหลังกระจกแผ่นเรียบ เป็นกระจกที่มีพื้นผิวเรียบสะท้อนแสง
แผนภาพรังสีด้านล่างแสดงวิธีที่เราเห็นภาพในกระจกระนาบ ลำแสงจากวัตถุกระทบกระจกและสะท้อนตามกฎการสะท้อน เมื่อลำแสงบางส่วนเข้าสู่ดวงตาของเรา ตาและสมองของเราจะตีความว่ารังสีเหล่านี้เดินทางเป็นเส้นตรง ดังนั้น ตาและสมองของเราจึงติดตามลำแสงย้อนไปยังตำแหน่งที่ดูเหมือนว่าจะมา ที่ตำแหน่งนี้เราจะเห็นภาพ
รังสีที่ตกกระทบ 1 (เริ่มจากปลายเทียน) และ 2 (เริ่มจากปลายเทียน) กระทบพื้นผิวกระจก ตามกฎการสะท้อนจะสะท้อนกลับและมาถึงตาผู้สังเกต หากลำแสงที่สะท้อนออกไปด้านหลังกระจก (ดูเส้นประที่ 5 และ 6) ดูเหมือนว่าจะมาจากจุด A' และ B' โดยการสร้างภาพทุกจุดของวัตถุ เราจะได้ภาพวัตถุหลังกระจกตั้งตรง
กระจกระนาบสร้างภาพเสมือนจริง ในที่นี้เราจะเห็นว่าลำแสงเบี่ยงเบนหรือกระจายออกจากกันหลังจากการสะท้อน ดังนั้นเมื่อลำแสงจากแหล่งกำเนิดไม่ตัดผ่านเพื่อสร้างภาพ พวกเขาสามารถ 'สืบย้อน' ไปยังจุดที่อยู่หลังกระจกแทนได้ สามารถเห็นภาพเสมือนจริงได้โดยตรงโดยไม่ต้องใช้จอฉายภาพ ภาพเสมือนเกิดขึ้นหลังกระจกซึ่งแสงส่องไม่ถึง ภาพเสมือนเป็นภาพตั้งตรง
มันเกิดขึ้นจากแนวคิดง่ายๆ ที่ว่าในกระจกระนาบ ระยะห่างของวัตถุจากกระจกจะเท่ากับระยะห่างของภาพจากกระจกเงา ดังนั้นเมื่อคุณเขียนคำว่า 'IF' และเกิดภาพขึ้น ระยะห่างของ F จากกระจกจะเหมือนกับ F ที่เกิดขึ้นในกระจก
การประดิษฐ์กระจกระนาบเป็นสิ่งที่ยิ่งใหญ่ที่สุดสำหรับมนุษยชาติ ตอนนี้เรารู้แล้วว่ากระจกระนาบถูกใช้เพื่อดูการสะท้อนของวัตถุเป็นหลัก การใช้กระจกระนาบบางส่วนคือ:
1. ใช้กระจกระนาบเป็นกระจกมองข้าง
2. ใช้ในหม้อหุงพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อสะท้อนแสงอาทิตย์ส่วนใหญ่เพื่อดักจับและรวบรวมพลังของดวงอาทิตย์ในการปรุงอาหาร
3. พวกเขายังใช้ในการสร้างกล้องปริทรรศน์ที่ใช้ในเรือดำน้ำ กระจกระนาบที่ใช้ในกล้องปริทรรศน์สะท้อนภาพเรือทุกลำที่อยู่บนผิวน้ำ แผนภาพด้านล่างแสดงหลักการในการออกแบบปริทรรศน์
4. ยังใช้ทำลานตาซึ่งเป็นของเล่นที่มีลวดลายสวยงาม สนใจที่จะทำด้วยตัวเอง?
5. ใช้ในเครื่องมือวิทยาศาสตร์ต่างๆ เช่น กล้องจุลทรรศน์
6. ใช้ในรถยนต์เพื่อสะท้อนแสงคู่ขนานที่มีประสิทธิภาพ ยานพาหนะใช้กระจกในไฟหน้ากันอย่างแพร่หลาย
7. ใช้ในคบไฟ - กระจกระนาบใช้ในคบเพลิงและไฟฉายเพื่อสะท้อนลำแสง
8. ทันตแพทย์ใช้เพื่อดูภาพฟันและตรวจสอบฟัน
ทดลองให้คุณลอง - มาดูกันว่าเราจะสร้างภาพที่สวยงามโดยใช้การสะท้อนของแสงจากกระจกระนาบได้อย่างไรโดยการ ทำ กล้องคาไลโดสโคป
วัสดุที่ต้องการ:
กระจกบานเล็กสามบานที่มีขนาดใกล้เคียงกันโดยประมาณ กระดาษแข็งบาง แผ่นใสเหนือศีรษะหรือตัวป้องกันหน้าพลาสติก ชิ้นกระจกสี เทป
สิ่งที่ต้องทำ:
1. ติดขอบด้านยาวของกระจกเข้าด้วยกันเพื่อให้เป็นรูปทรงพีระมิด โดยให้ด้านที่สะท้อนแสงของกระจกทั้งหมดหันเข้าด้านใน
2. จากนั้น ตัดกระดาษแข็งบางเป็นรูปสามเหลี่ยมออกมาเพื่อให้พอดีกับปลายด้านหนึ่งของลานตาและติดเทปไว้ ใช้ดินสอแหลมเจาะรูตรงกลางกระดาษแข็งเพื่อใช้เป็นช่องมอง
3. ตัดสามเหลี่ยมสองรูปของสารโปร่งใส เช่น พลาสติกใสเหนือศีรษะ เพื่อให้พอดีกับปลายอีกด้านหนึ่ง ติดเทปที่ขอบทั้งสองด้านเพื่อสร้างซองจดหมายสามด้าน และใส่เศษแก้วสีต่างๆ เข้าไปข้างใน ติดเทปปิดด้านที่สาม จากนั้นใช้เทปติดซองจดหมายที่ปลายของลานตา
4. ตอนนี้ มองผ่านปลายที่มีช่องมอง และเล็งกล้องคาไลโดสโคปไปที่แหล่งกำเนิดแสง วัตถุสีที่อยู่อีกด้านจะสะท้อนออกจากกระจกเป็นรูปดาว
ความท้าทาย: อะไรคือ ความยาวขั้นต่ำของกระจกระนาบที่จำเป็นในการดูภาพเต็มของเด็กผู้ชายที่สูง 4 ฟุต?
วิธีแก้ไข: เพื่อให้เห็นภาพเต็มตัวคน ขนาดกระจกขั้นต่ำควรเป็นครึ่งหนึ่งของความสูงคน ให้เราลองพิสูจน์สิ่งนี้โดยใช้แผนภาพรังสี
ลำแสงจากเท้ากระทบกระจกที่จุด Y สะท้อนกลับและส่องมาถึงดวงตาของคุณ ลำแสงที่เริ่มต้นจากศีรษะของคุณกระทบกระจกที่จุด X และสะท้อนดวงตาของคุณ ความยาวต่ำสุดของกระจกที่ต้องใช้เพื่อดูภาพทั้งหมดของเด็กชายคือ XY
เพื่อให้มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน เส้นปกติ N จะต้องอยู่กึ่งกลางระหว่างจุดสังเกตและเท้าพอดี ดังนั้น XY = ครึ่งหนึ่งของความสูงของเด็กชาย
คำตอบ: ความสูงขั้นต่ำของกระจกที่ต้องการคือ 2 ฟุต