แสงเดินทางด้วยความเร็วไม่เท่ากันในอากาศ แก้ว และน้ำ ความเร็วของแสงในอากาศคือ 3 X 10 6 m/s ในน้ำคือ 2.25 × 10 8 ม./วินาที และในแก้วคือ 2 x 10 8 ม./วินาที เนื่องจากแก้วมีความหนาแน่นทางสายตามากกว่าน้ำ และน้ำมีความหนาแน่นทางแสงมากกว่าอากาศ กล่าวกันว่าสื่อมี ความหนาแน่นมากขึ้น หากความเร็วของแสงลดลง และกล่าวกันว่ายาก ขึ้น หากความเร็วของแสงเพิ่มขึ้น
แสงเดินทางเป็นเส้นตรงในตัวกลาง แต่เมื่อลำแสงที่เดินทางในตัวกลางโปร่งใสตัวหนึ่งตกลงบนพื้นผิวของตัวกลางโปร่งแสงอีกตัวหนึ่ง แสงจะเดินทางในตัวกลางโปร่งใสอีกตัวหนึ่งในเส้นทางตรงแต่แตกต่างจากทิศทางเริ่มต้น การเปลี่ยนแปลงทิศทางของเส้นทางของแสงเมื่อผ่านจากตัวกลางโปร่งใสหนึ่งไปยังอีกตัวกลางหนึ่งเรียกว่าการ หักเหของแสง
ลำแสงตกกระทบพื้นผิวที่แยกตัวกลางสองตัวออกจากกัน \(\angle i\) คือมุมตกกระทบระหว่างรังสีตกกระทบกับเส้นปกติ และ \(\angle r\) คือมุมหักเหระหว่างรังสีหักเหกับเส้นปกติ ส่วนเบี่ยงเบน คือมุมระหว่างทิศทางของรังสีหักเหกับทิศทางของรังสีตกกระทบ ดังนั้น \(\angle\delta\) = \(\mid \angle i - \angle r \mid\)
การหักเหของแสงเป็นไปตามกฎสองข้อที่เรียกว่า กฎการหักเหของแสงของสเนลล์
\(\mu = \frac{3 X 10 ^8ms^{-1}}{2.25 X 10 ^8 ms{-1}} = \frac{4}{3} = 1.33\)
หมายเหตุ: ไม่มีตัวกลางใดที่สามารถมีดัชนีการหักเหของแสงน้อยกว่า 1
ดัชนีการหักเหของแสง (µ) ของสารทั่วไปบางชนิด
| สาร | ไมโคร | สาร | ม |
| เครื่องดูดฝุ่น | 1.00 น | อากาศ | 1.00 น |
| น้ำแข็ง | 1.31 น | น้ำ | 1.33 น |
| แอลกอฮอล์ | 1.37 | กลีเซอรีน | 1.47 |
| แก้วธรรมดา | 1.5 | น้ำมันก๊าด | 1.41 |
คำถามที่ 1: อะไรคือเงื่อนไขสำหรับการหักเหของแสงโดยไม่เบี่ยงเบน
วิธีแก้ปัญหา: มีสองเงื่อนไข - (1) เมื่อมุมตกกระทบเท่ากับ 0 (2) เมื่อดัชนีการหักเหของแสงของตัวกลางทั้งสองเท่ากัน
หลักการพลิกกลับได้ ถ้าดัชนีหักเหของตัวกลาง 2 เทียบกับตัวกลาง 1 คือ \(_1\mu_2= \frac{sin \ i}{sin \ r}\) และดัชนีหักเหของตัวกลาง 1 เทียบกับตัวกลาง 2 จะเท่ากับ \(_2\mu_1 = \frac{sin \ r}{sin \ i }\) จากนั้น \(_1\mu_2 \times _2\mu_1 = 1\) หรือเราอาจพูดว่า \(_1\mu_2 = \frac{1}{_2\mu_1}\) |
คำถามที่ 1: ถ้าดัชนีการหักเหของแสงของแก้วเมื่อเทียบกับอากาศคือ 3/2 แล้วดัชนีหักเหของอากาศเมื่อเทียบกับกระจกคืออะไร
วิธีแก้ปัญหา: a µ g = 3/2 ดังนั้น g µ a คือ \(\frac{1}{^3/_2} = \frac{2}{3}\)
ความเร็ว: เมื่อลำแสงหักเหจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าไปยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นสูง ความเร็วของแสงจะลดลง ในขณะที่หากหักเหจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นสูงไปยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากกว่า ความเร็วของแสงจะเพิ่มขึ้น
ความถี่: ความถี่ของแสงขึ้นอยู่กับแหล่งกำเนิดแสง ดังนั้นจึงไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อหักเห
ความยาวคลื่น: ความเร็วของแสง v ในตัวกลาง ความยาวคลื่นของแสง λ ในตัวกลางนั้น และความถี่ของแสง f สัมพันธ์กันโดย v = fλ
เมื่อแสงผ่านจากตัวกลางที่หายากไปยังตัวกลางที่หนาแน่นกว่า ความยาวคลื่นจะลดลง และเมื่อแสงผ่านจากตัวกลางที่หนาแน่นกว่าไปยังตัวกลางที่หายากกว่า ความยาวคลื่นจะเพิ่มขึ้น
(1) ความลึกของน้ำในเรือ เมื่อมองจากอากาศ ดูเหมือนว่าจะน้อยกว่า
ความลึกที่แท้จริงคือ OS ลำแสงที่เริ่มต้นจากจุด O ตกลงในแนวตั้งบนผิวน้ำ-อากาศ เดินทางตรงไปตาม SA อีกเหตุการณ์หนึ่งของรังสี OQ บนพื้นผิวน้ำ-อากาศที่จุด Q เมื่อผ่านไปในอากาศ โค้งออกจาก NQ ปกติและไปตามเส้นทาง QT เมื่อรังสี QT ถูกผลิตกลับ รังสีที่หักเหทั้งสองมาบรรจบกันที่จุด P ดังนั้น P จึงเป็นภาพของ O ดังนั้น สำหรับผู้สังเกต ความลึกของภาชนะดูเหมือนจะเป็น SP แทนที่จะเป็น SO เนื่องจากการหักเหของแสงจากน้ำสู่อากาศ .
(2) พระอาทิตย์ขึ้นตอนเช้าตรู่และพระอาทิตย์ตกตอนสาย
(3) ภาพลวงตาในทะเลทราย
บางครั้งในทะเลทราย จะเห็นภาพกลับหัวของต้นไม้ซึ่งให้ความรู้สึกผิดๆ ของน้ำใต้ต้นไม้ สิ่งนี้เรียกว่ามายา สาเหตุของภาพลวงตาเกิดจากการหักเหของแสง เช่นเดียวกับในทะเลทราย ทรายจะร้อนขึ้นอย่างรวดเร็ว นั่นเป็นสาเหตุที่ทำให้ชั้นอากาศที่สัมผัสกับทรายร้อนขึ้น เป็นผลให้อากาศใกล้พื้นดินอุ่นกว่าอากาศชั้นบน กล่าวอีกนัยหนึ่งชั้นบนจะหนาแน่นกว่าด้านล่าง! เมื่อลำแสงจากดวงอาทิตย์หลังจากการสะท้อนจากยอดไม้เดินทางจากชั้นที่ทึบกว่าไปยังชั้นที่หายากกว่า แสงจะเบนออกจากปกติ ดังนั้นในการหักเหที่พื้นผิวของการแยกชั้นต่อเนื่องกัน ทุกครั้งที่มุมหักเหเพิ่มขึ้นและมุมตกกระทบของรังสีที่เปลี่ยนจากหนาแน่นไปหาน้อยก็จะเพิ่มขึ้นจนถึง 90° เมื่อเพิ่มมุมตกกระทบจากชั้นที่มีความหนาแน่นมากขึ้นไปยังชั้นที่หายากมากขึ้น ทำให้เกิดการสะท้อนที่สมบูรณ์ และตอนนี้แสงที่สะท้อนจะเดินทางจากตัวกลางที่หายากไปสู่ตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากขึ้น ดังนั้นแสงจะโค้งเข้าหาค่าปกติในแต่ละการหักเหของแสง เมื่อไปถึงตาของผู้สังเกตการณ์จะเห็นภาพกลับหัวของต้นไม้
เมื่อรังสีตกกระทบ AB ตกกระทบแผ่นกระจก จะตกกระทบที่จุดตกกระทบ B รังสี AB เคลื่อนผ่านจากอากาศสู่แก้ว จึงโค้งไปทางปกติและเป็นไปตามเส้นทาง BC เมื่อรังสีหักเห BC กระทบผิวกระจกที่จุด C อีกครั้ง มันจะเบนออกจากเส้นปกติเมื่อรังสีเดินทางจากแก้วสู่อากาศและไปตามเส้นทางซีดี รังสีเอกซ์ที่เกิดขึ้นจะขนานกับรังสีตกกระทบ AB ดังนั้นรังสีเอกซ์และรังสีตกกระทบจึงอยู่ในทิศทางเดียวกันแต่เคลื่อนที่ไปทางด้านข้าง
ปริซึมเป็นสื่อโปร่งใสที่ล้อมรอบด้วยระนาบห้าพื้นผิวที่มีหน้าตัดเป็นรูปสามเหลี่ยม พื้นผิวตรงข้ามของปริซึมสองด้านเป็นรูปสามเหลี่ยมที่เหมือนกัน ในขณะที่อีกสามพื้นผิวเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าและเอียงเข้าหากัน
เมื่อลำแสงสีเดียวตกกระทบพื้นผิวปริซึมเอียง รังสีตกกระทบ PQ ตกลงบนหน้าปริซึม มันจะเดินทางจากอากาศสู่แก้วจึงโค้งไปทางปกติและเคลื่อนที่ผ่านเส้นทาง QR เมื่อรังสีหักเห QR ตกกระทบหน้าปริซึมที่ R จะเกิดการหักเหอีกครั้ง ตอนนี้รังสี QR เข้าสู่อากาศจากแก้วสู่อากาศ ดังนั้นมันจึงโค้งออกจากเส้นปกติและเคลื่อนที่ในทิศทาง RS ดังนั้น เมื่อผ่านปริซึม ลำแสงจะโค้งเข้าหาฐานของปริซึม
