การกระจายแสง
อนุภาคของสารที่ส่งแสงจะมีพฤติกรรมเหมือนเสาอากาศขนาดเล็ก "เสาอากาศ" เหล่านี้รับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแสงและส่งไปในทิศทางใหม่ กระบวนการนี้เรียกว่าการกระเจิงของ Rayleigh ตามนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ Lord Rayleigh (John William Strutt, 1842-1919)
ประสบการณ์ 1
วางกระดาษขาวหนึ่งแผ่นบนโต๊ะโดยวางไฟฉายไว้ข้างๆ โดยให้แหล่งกำเนิดแสงอยู่ตรงกลางด้านยาวของแผ่นกระดาษ
เติมน้ำเปล่าลงในแก้วพลาสติกใสไม่มีสีสองใบ ใช้มาร์กเกอร์ทำเครื่องหมายแว่นตาด้วยตัวอักษร A และ B
ใส่นมหนึ่งหยดลงในแก้ว B แล้วคนให้เข้ากัน
พับกระดาษแข็งสีขาวขนาด 15x30 ซม. พร้อมกับปลายสั้นแล้วพับครึ่งในรูปแบบของกระท่อม มันจะทำหน้าที่เป็นหน้าจอของคุณ ติดตั้งหน้าจอด้านหน้าไฟฉายด้วย ฝั่งตรงข้ามแผ่นกระดาษ.
ทำให้ห้องมืดลง เปิดไฟฉาย และสังเกตสีของจุดแสงที่เกิดจากไฟฉายบนหน้าจอ
วางกระจก A ไว้ตรงกลางแผ่นกระดาษ หน้าไฟฉาย และทำดังนี้: สังเกตสีของจุดไฟบนหน้าจอซึ่งเกิดขึ้นจากการที่แสงผ่านจากไฟฉายผ่าน น้ำ; มองดูน้ำอย่างใกล้ชิดและสังเกตว่าสีของน้ำเปลี่ยนไปอย่างไร
ทำซ้ำขั้นตอนโดยเปลี่ยนกระจก A เป็นกระจก B
เป็นผลให้สีของจุดไฟที่เกิดขึ้นบนหน้าจอโดยลำแสงจากไฟฉายในเส้นทางที่ไม่มีอะไรนอกจากอากาศอาจเป็นสีขาวหรือสีเหลืองเล็กน้อย เมื่อลำแสงส่องผ่านน้ำใส สีของจุดบนหน้าจอจะไม่เปลี่ยนแปลง สีของน้ำก็ไม่เปลี่ยนเช่นกัน
แต่หลังจากผ่านลำแสงผ่านน้ำที่เติมนม จุดไฟบนหน้าจอจะปรากฏเป็นสีเหลืองหรือสีส้ม และน้ำจะกลายเป็นสีน้ำเงิน
ทำไม
แสงเช่นเดียวกับการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าโดยทั่วไปมีทั้งคุณสมบัติของคลื่นและอนุภาค การแพร่กระจายของแสงมีลักษณะเหมือนคลื่น และปฏิสัมพันธ์ของแสงกับสสารก็เกิดขึ้นราวกับว่าการแผ่รังสีของแสงประกอบด้วยอนุภาคแต่ละตัว อนุภาคแสง - ควอนตา (หรือโฟตอน) เป็นการรวมกลุ่มของพลังงานที่มีความถี่ต่างกัน
โฟตอนมีคุณสมบัติของอนุภาคและคลื่น เนื่องจากโฟตอนประสบกับการสั่นของคลื่น ความยาวคลื่นของแสงที่มีความถี่ที่สอดคล้องกันจึงถูกนำมาเป็นขนาดของโฟตอน
ไฟฉายเป็นแหล่งกำเนิดแสงสีขาว นี่คือแสงที่มองเห็นได้ซึ่งประกอบด้วยเฉดสีต่างๆเช่น การแผ่รังสีที่มีความยาวคลื่นต่างกัน - จากสีแดงที่มีความยาวคลื่นยาวที่สุด ไปจนถึงสีน้ำเงินและสีม่วง โดยมีความยาวคลื่นสั้นที่สุดในพิสัยที่มองเห็นได้ เมื่อมีการผสมกันของแสงที่มีความยาวคลื่นต่างกัน ตาจะรับรู้ และสมองจะตีความชุดค่าผสมนี้เป็นสีขาว กล่าวคือ ขาดสี แสงผ่านน้ำบริสุทธิ์โดยไม่ได้รับสีใด ๆ
แต่เมื่อแสงส่องผ่านน้ำที่ย้อมด้วยน้ำนม เราสังเกตเห็นว่าน้ำกลายเป็นสีน้ำเงิน และจุดสว่างบนหน้าจอเป็นสีส้มอมเหลือง สิ่งนี้เกิดขึ้นจากการกระเจิง (เบี่ยงเบน) ของส่วนหนึ่งของคลื่นแสง การกระเจิงสามารถยืดหยุ่นได้ (การสะท้อน) ซึ่งโฟตอนชนกับอนุภาคและกระเด็นออกไป เหมือนกับลูกบิลเลียดสองลูกที่กระดอนกัน โฟตอนจะกระจัดกระจายมากที่สุดเมื่อชนกับอนุภาคที่มีขนาดใกล้เคียงกับตัวมันเอง
อนุภาคขนาดเล็กของนมในน้ำกระจายรังสีความยาวคลื่นสั้นได้ดีที่สุด - สีฟ้าและสีม่วง ดังนั้น เมื่อแสงสีขาวส่องผ่านน้ำที่ย้อมด้วยน้ำนม ความรู้สึกของสีฟ้าอ่อนนั้นเกิดจากการกระเจิงของความยาวคลื่นสั้น หลังจากกระเจิงอนุภาคนมที่มีความยาวคลื่นสั้นจากลำแสง แสงจะยังคงมีความยาวคลื่นเป็นสีเหลืองและสีส้มเป็นหลัก พวกเขาไปที่หน้าจอ
ถ้าขนาดอนุภาคใหญ่กว่าความยาวคลื่นสูงสุดของแสงที่มองเห็นได้ แสงที่กระจัดกระจายจะประกอบด้วยความยาวคลื่นทั้งหมด แสงนี้จะเป็นสีขาว
ประสบการณ์2
การกระเจิงขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของอนุภาคอย่างไร
ทำการทดลองซ้ำโดยใช้น้ำนมที่มีความเข้มข้นต่างกันในน้ำ ตั้งแต่ 0 ถึง 10 หยด สังเกตการเปลี่ยนแปลงของเฉดสีของน้ำและแสงที่ส่องผ่านน้ำ
ประสบการณ์ 3
การกระเจิงของแสงในตัวกลางขึ้นอยู่กับความเร็วของแสงในตัวกลางนั้นหรือไม่?
ความเร็วของแสงขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของสารที่แสงแพร่กระจาย ยิ่งมีความหนาแน่นของตัวกลางมากเท่าใด แสงก็จะยิ่งเคลื่อนที่ช้าลงเท่านั้น
โปรดจำไว้ว่าการกระเจิงของแสงในสารต่างๆ สามารถเปรียบเทียบได้โดยการสังเกตความสว่างของสารเหล่านี้ เมื่อรู้ว่าแสงในอากาศมีความเร็ว 3 x 108 m/s และความเร็วของแสงในน้ำเท่ากับ 2.23 x 108 m/s เราสามารถเปรียบเทียบความสว่างของทรายแม่น้ำเปียกกับความสว่างของทรายแห้ง . ในกรณีนี้ เราต้องจำไว้ว่าแสงที่ตกบนทรายแห้งจะผ่านอากาศ และแสงที่ตกบนทรายเปียกจะส่องผ่านน้ำ
เททรายลงในจานกระดาษที่ใช้แล้วทิ้ง เทน้ำจากขอบจาน หลังจากสังเกตความสว่างของส่วนต่างๆ ของทรายในจานแล้ว ให้สรุปว่าทรายมีการกระจายตัวมากกว่า: ในที่แห้ง (ซึ่งเม็ดทรายล้อมรอบด้วยอากาศ) หรือในที่เปียก (เม็ดทรายล้อมรอบด้วยน้ำ) . คุณยังสามารถลองของเหลวอื่นๆ เช่น น้ำมันพืช
พวกเราใส่จิตวิญญาณของเราเข้าไปในเว็บไซต์ ขอบคุณสำหรับสิ่งนั้น
เพื่อค้นพบความงามนี้ ขอบคุณสำหรับแรงบันดาลใจและขนลุก
เข้าร่วมกับเราได้ที่ Facebookและ ติดต่อกับ
มีประสบการณ์ง่ายๆ ที่เด็กๆ จะจดจำไปตลอดชีวิต พวกเขาอาจไม่เข้าใจว่าทำไมสิ่งนี้ถึงเกิดขึ้น แต่เมื่อใด เวลาจะผ่านไปและพวกเขาจะพบว่าตัวเองอยู่ในบทเรียนฟิสิกส์หรือเคมี ตัวอย่างที่ชัดเจนมากจะปรากฏขึ้นในความทรงจำของพวกเขาอย่างแน่นอน
เว็บไซต์รวบรวม 7 การทดลองที่น่าสนใจที่เด็กจะจำได้ ทุกสิ่งที่คุณต้องการสำหรับการทดลองเหล่านี้อยู่แค่เพียงปลายนิ้วสัมผัส
ลูกทนไฟ
มันจะใช้เวลา: 2 ลูก เทียน ไม้ขีด น้ำ.
ประสบการณ์: เป่าลูกโป่งแล้วถือไว้เหนือเทียนที่จุดไฟไว้เพื่อแสดงให้เด็กเห็นว่าบอลลูนจะระเบิดจากไฟ จากนั้นเทน้ำประปาธรรมดาลงในลูกที่สอง มัดให้แน่น แล้วนำไปที่เทียนอีกครั้ง ปรากฎว่าด้วยน้ำ ลูกบอลสามารถทนต่อเปลวไฟของเทียนได้อย่างง่ายดาย
คำอธิบาย: น้ำในบอลลูนดูดซับความร้อนที่เกิดจากเทียน ดังนั้นลูกบอลจะไม่ไหม้และจะไม่ระเบิด
ดินสอ
คุณจะต้องการ:ถุงพลาสติก ดินสอ น้ำ
ประสบการณ์:เทน้ำครึ่งทางลงในถุงพลาสติก เราเจาะกระเป๋าด้วยดินสอในที่ที่เต็มไปด้วยน้ำ
คำอธิบาย:หากคุณเจาะถุงพลาสติกแล้วเทน้ำลงไป มันจะไหลออกทางรู แต่ถ้าคุณเติมน้ำลงในถุงครึ่งหนึ่งก่อนแล้วจึงเจาะด้วยของมีคมเพื่อให้วัตถุยังคงติดอยู่ในถุง แทบไม่มีน้ำไหลผ่านรูเหล่านี้ นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าเมื่อโพลีเอทิลีนแตกตัวโมเลกุลของมันจะดึงดูดเข้าใกล้กันมากขึ้น ในกรณีของเรา โพลิเอทิลีนจะถูกดึงรอบๆ ดินสอ
บอลไม่เด้ง
คุณจะต้องการ:ลูกโป่ง ไม้เสียบ และน้ำยาล้างจาน
ประสบการณ์:หล่อลื่นด้านบนและด้านล่างด้วยผลิตภัณฑ์และเจาะลูกบอลโดยเริ่มจากด้านล่าง
คำอธิบาย:ความลับของเคล็ดลับนี้ง่ายมาก เพื่อที่จะรักษาลูกบอล คุณต้องเจาะมันที่จุดที่มีความตึงเครียดน้อยที่สุด และพวกมันจะอยู่ที่ด้านล่างและด้านบนของลูกบอล
กะหล่ำ
มันจะใช้เวลา: น้ำเปล่า 4 ถ้วย สีผสมอาหาร ใบกะหล่ำปลีหรือดอกสีขาว
ประสบการณ์: เพิ่มในแต่ละแก้ว สีผสมอาหารสีอะไรก็ได้แล้วใส่น้ำทีละใบหรือดอก ทิ้งไว้ค้างคืน ในตอนเช้าคุณจะเห็นว่าพวกมันเปลี่ยนเป็นสีต่างๆ
คำอธิบาย: พืชดูดซับน้ำจึงหล่อเลี้ยงดอกและใบของมัน นี่เป็นเพราะผลของเส้นเลือดฝอยซึ่งน้ำเองมีแนวโน้มที่จะเติมท่อบาง ๆ ภายในพืช นี่คือวิธีที่ดอกไม้ หญ้า และต้นไม้ใหญ่กิน โดยการดูดน้ำที่มีสีอ่อนจะทำให้พวกมันเปลี่ยนสี
ไข่ลอย
มันจะใช้เวลา: ไข่ 2 ฟอง น้ำ 2 แก้ว เกลือ
ประสบการณ์: ค่อยๆ วางไข่ลงในแก้วน้ำเปล่าสะอาด ตามคาด ไข่จะจมลงก้น (ถ้าไม่ ไข่อาจเน่าและไม่ควรนำกลับตู้เย็น) เทน้ำอุ่นลงในแก้วที่สองแล้วผสมเกลือ 4-5 ช้อนโต๊ะลงไป เพื่อความบริสุทธิ์ของการทดลอง คุณสามารถรอจนกว่าน้ำจะเย็นลง จากนั้นจุ่มไข่ที่สองลงไปในน้ำ มันจะลอยอยู่ใกล้ผิวน้ำ
คำอธิบาย: มันเป็นเรื่องของความหนาแน่น ความหนาแน่นเฉลี่ยของไข่มากกว่าน้ำเปล่ามาก ดังนั้นไข่จะจมลง และความหนาแน่นของน้ำเกลือก็สูงขึ้น ดังนั้น ไข่จึงขึ้น
อมยิ้มคริสตัล
ดินสอหัก
การทดลองลูกศร
มันจะสร้างความประหลาดใจไม่เพียง แต่เด็ก แต่ยังรวมถึงผู้ใหญ่ด้วย!
กับเด็ก ๆ คุณยังสามารถทำการทดลองของ Piaget ได้สองสามอย่าง เช่น เทน้ำปริมาณเท่ากันแล้วเทลงในแก้วที่ต่างกัน (เช่น กว้างและต่ำ อันที่สองแคบและสูง) แล้วถามว่าอันไหนมีน้ำมากกว่ากัน?
คุณยังสามารถใส่เหรียญ (หรือปุ่ม) จำนวนเท่ากันในสองแถว ถามว่าตัวเลขเหมือนกันในสองแถวหรือไม่ จากนั้นนำเหรียญหนึ่งเหรียญออกจากแถวหนึ่งแล้วดันส่วนที่เหลือออกจากกันเพื่อให้แถวนี้มีความยาวเท่ากับแถวบน และถามอีกครั้งว่าตอนนี้เหมือนเดิมไหม ฯลฯ ลองเลย - คำตอบจะทำให้คุณประหลาดใจ!
Ebbinghaus (Ebbinghaus) ภาพลวงตาหรือวงกลม Titchener- ภาพลวงตาของการรับรู้ ขนาดสัมพัทธ์. รูปแบบที่รู้จักกันดีที่สุดของภาพลวงตานี้คือมีวงกลมสองวงที่มีขนาดเท่ากันวางเคียงข้างกัน โดยมีวงกลมขนาดใหญ่ล้อมรอบวงหนึ่ง ในขณะที่อีกวงล้อมรอบด้วยวงกลมเล็กๆ ในขณะที่วงกลมแรกดูเล็กกว่าวงกลมที่สอง
วงกลมสีส้มสองวงมีขนาดเท่ากันทุกประการ อย่างไรก็ตาม วงกลมทางซ้ายดูเล็กลง
ภาพลวงตาของมุลเลอร์-ไลเออร์
ภาพลวงตาคือส่วนที่ล้อมรอบด้วย "จุด" ดูเหมือนจะสั้นกว่าส่วนที่ล้อมรอบด้วยลูกศร "หาง" ภาพลวงตานี้อธิบายครั้งแรกโดยจิตแพทย์ชาวเยอรมัน Franz Müller-Lyer ในปี 1889
หรืออย่างอื่น เช่น ภาพลวงตา - แรกที่คุณเห็นสีดำ แล้วก็สีขาว
ภาพลวงตามากขึ้น
และในที่สุด ภาพลวงตาของเล่น - Thaumatrope
เมื่อกระดาษแผ่นเล็กๆ ที่มีภาพวาดสองภาพติดด้านต่างๆ ถูกหมุนอย่างรวดเร็ว พวกเขาจะถูกมองว่าเป็นกระดาษแผ่นเดียว คุณสามารถสร้างของเล่นดังกล่าวได้ด้วยตัวเองโดยการวาดหรือวางรูปภาพที่เหมาะสม (ทามาโทรปทั่วไปหลายแบบ - ดอกไม้และแจกัน นกและกรง ด้วงและเหยือก) บนกระดาษที่ค่อนข้างหนาแล้วติดเชือกเพื่อบิดด้านข้าง หรือง่ายกว่านั้นอีก - ติดไม้ เช่น อมยิ้ม แล้วหมุนไปมาระหว่างฝ่ามือของคุณอย่างรวดเร็ว
และอีกสองสามภาพ คุณเห็นอะไรกับพวกเขา?
อีกอย่างในร้านของเราคุณสามารถซื้อชุดสำเร็จรูปสำหรับการทดลองในด้านภาพลวงตา!
สื่อการสอน
กระจายแสง
ดังที่เราทราบ การถ่ายเทความร้อนประเภทหนึ่งคือการแผ่รังสี ในระหว่างการฉายรังสี การถ่ายโอนพลังงานจากร่างกายหนึ่งไปยังอีกร่างกายหนึ่งสามารถทำได้แม้ในสุญญากาศ รังสีมีหลายประเภท หนึ่งในนั้นคือแสงที่มองเห็นได้
ร่างกายที่สว่างไสวค่อยๆร้อนขึ้น ซึ่งหมายความว่าแสงเป็นการแผ่รังสีอย่างแท้จริง
ปรากฏการณ์แสงได้รับการศึกษาโดยสาขาฟิสิกส์ที่เรียกว่าออปติก คำว่า "เลนส์" ในภาษากรีกหมายถึง "มองเห็นได้" เพราะแสงเป็นรูปแบบของการแผ่รังสีที่มองเห็นได้
การศึกษาปรากฏการณ์แสงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อมนุษย์ ท้ายที่สุด มากกว่าเก้าสิบเปอร์เซ็นต์ของข้อมูลที่เราได้รับผ่านการมองเห็น กล่าวคือ ความสามารถในการรับรู้ความรู้สึกเบา ๆ
วัตถุที่เปล่งแสงเรียกว่าแหล่งกำเนิดแสง - ธรรมชาติหรือประดิษฐ์
ตัวอย่างของแหล่งกำเนิดแสงธรรมชาติ ได้แก่ ดวงอาทิตย์และดาวอื่นๆ ฟ้าผ่า แมลงเรืองแสง และพืช แหล่งกำเนิดแสงประดิษฐ์ ได้แก่ เทียน ตะเกียง เตา และอื่นๆ อีกมากมาย
ในแหล่งกำเนิดแสงใด ๆ รังสีกินพลังงาน
ดวงอาทิตย์เปล่งแสงด้วยพลังงานจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่เกิดขึ้นในระดับความลึก
ตะเกียงน้ำมันก๊าดจะเปลี่ยนพลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างการเผาไหม้น้ำมันก๊าดให้เป็นแสง
การสะท้อนของแสง
คนเห็นแหล่งกำเนิดแสงเมื่อลำแสงจากแหล่งกำเนิดนั้นเข้าตา หากร่างกายไม่ใช่แหล่งกำเนิด ดวงตาก็สามารถรับรู้รังสีจากแหล่งกำเนิดบางอย่างที่สะท้อนจากร่างกายนี้ นั่นคือตกลงบนพื้นผิวของร่างกายนี้และเปลี่ยนทิศทางของการขยายพันธุ์ต่อไป ตัวที่สะท้อนรังสีจะกลายเป็นแหล่งกำเนิดแสงสะท้อน
รังสีที่ตกลงบนพื้นผิวของร่างกายเปลี่ยนทิศทางของการขยายพันธุ์ต่อไป เมื่อสะท้อนกลับ แสงจะกลับสู่ตัวกลางเดียวกับที่แสงตกบนพื้นผิวของตัวกล้อง ตัวที่สะท้อนรังสีจะกลายเป็นแหล่งกำเนิดแสงสะท้อน
เมื่อเราได้ยินคำว่า "การสะท้อน" อย่างแรกเลย เราจะนึกถึงกระจกเงา ในชีวิตประจำวันมักใช้กระจกแบน ด้วยความช่วยเหลือของกระจกแบน การทดลองง่ายๆ สามารถทำได้เพื่อสร้างกฎที่แสงสะท้อนออกมา ให้วางไฟบนแผ่นกระดาษที่วางอยู่บนโต๊ะในลักษณะที่ลำแสงบางๆ วางอยู่บนระนาบของโต๊ะ ในกรณีนี้ ลำแสงจะเลื่อนผ่านพื้นผิวของแผ่นกระดาษและเราจะสามารถมองเห็นได้
ให้เราวางกระจกแบนในแนวตั้งในทางเดินของลำแสงบางๆ ลำแสงจะกระเด็นออกไป สามารถตรวจสอบได้ว่าลำแสงสะท้อน เช่นเดียวกับเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นบนกระจก เลื่อนผ่านกระดาษในระนาบของโต๊ะ ทำเครื่องหมายด้วยดินสอบนกระดาษ การจัดการร่วมกันทั้งลำแสงและกระจก เป็นผลให้เราได้รับโครงร่างของการทดลองมุมระหว่างลำแสงตกกระทบและแนวตั้งฉากคืนสู่พื้นผิวสะท้อนแสงที่จุดตกกระทบมักจะเรียกว่ามุมตกกระทบในทัศนศาสตร์ มุมระหว่างเส้นตั้งฉากเดียวกันกับลำแสงสะท้อนคือมุมสะท้อน ผลลัพธ์ของประสบการณ์คือ:
- รังสีตกกระทบ รังสีสะท้อน และเส้นตั้งฉากกับพื้นผิวสะท้อนแสง สร้างขึ้นใหม่ที่จุดตกกระทบ อยู่ในระนาบเดียวกัน
- มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน ข้อสรุปทั้งสองนี้แสดงถึงกฎแห่งการไตร่ตรอง
เมื่อมองกระจกแบนๆ เราจะเห็นภาพวัตถุที่อยู่ข้างหน้ามัน ภาพเหล่านี้มีลักษณะซ้ำของวัตถุ ดูเหมือนว่าวัตถุคู่นี้ตั้งอยู่หลังพื้นผิวกระจก
พิจารณาภาพของแหล่งกำเนิดจุดในกระจกแบน ในการทำเช่นนี้ เราวาดรังสีหลายตัวจากแหล่งกำเนิดโดยพลการ สร้างรังสีสะท้อนที่สอดคล้องกับพวกมัน จากนั้นจึงทำให้รังสีสะท้อนที่สะท้อนออกมาต่อเนื่องเกินระนาบของกระจก ความต่อเนื่องของรังสีทั้งหมดจะตัดกันหลังระนาบของกระจก ณ จุดหนึ่ง ซึ่งจุดนี้เป็นภาพของแหล่งกำเนิด
เนื่องจากไม่ใช่รังสีที่มาบรรจบกันในภาพ แต่มีเพียงความต่อเนื่องกันเท่านั้น ในความเป็นจริงไม่มีภาพ ณ จุดนี้: สำหรับเราดูเหมือนว่ารังสีมาจากจุดนี้เท่านั้น ภาพดังกล่าวเรียกว่าจินตภาพ
การหักเหของแสง
เมื่อแสงมาถึงส่วนต่อประสานระหว่างสื่อทั้งสอง ส่วนหนึ่งของแสงจะถูกสะท้อน ในขณะที่อีกส่วนหนึ่งผ่านขอบเขต โดยหักเหพร้อมกัน กล่าวคือ การเปลี่ยนทิศทางของการแพร่กระจายต่อไป
เหรียญที่แช่ในน้ำดูเหมือนใหญ่กว่าเมื่อเราวางไว้บนโต๊ะ ดินสอหรือช้อนที่วางในแก้วน้ำแตกสำหรับเรา: ส่วนที่อยู่ในน้ำดูเหมือนจะยกขึ้นและขยายออกเล็กน้อย ปรากฏการณ์ทางแสงเหล่านี้และอื่น ๆ อีกมากมายอธิบายได้จากการหักเหของแสง
การหักเหของแสงเกิดจากการที่ สภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันแสงเดินทางด้วยความเร็วต่างกัน
ความเร็วของการแพร่กระจายของแสงในตัวกลางเฉพาะจะกำหนดลักษณะความหนาแน่นของแสงของตัวกลางที่กำหนด: ยิ่งความเร็วของแสงในตัวกลางนั้นสูงขึ้นเท่าใด ความหนาแน่นของแสงก็จะยิ่งต่ำลงเท่านั้น
มุมหักเหจะเปลี่ยนไปอย่างไรเมื่อแสงผ่านจากอากาศสู่น้ำและผ่านจากน้ำสู่อากาศ การทดลองแสดงให้เห็นว่าเมื่อผ่านจากอากาศสู่น้ำ มุมหักเหจะมีขนาดเล็กกว่ามุมตกกระทบ และในทางกลับกัน เมื่อผ่านจากน้ำสู่อากาศ มุมหักเหจะมากกว่ามุมตกกระทบ
จากการทดลองเรื่องการหักเหของแสง ข้อเท็จจริงสองประการปรากฏชัดเจน: 1. ลำแสงตกกระทบ ลำแสงหักเห และเส้นตั้งฉากกับส่วนต่อประสานระหว่างตัวกลางทั้งสอง ที่ฟื้นคืนที่จุดเกิด อยู่ในระนาบเดียวกัน
- เมื่อส่งผ่านจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นเชิงแสงมากกว่าไปยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นเชิงแสงน้อยกว่า มุมของการหักเหของแสงจะมากกว่ามุมตกกระทบเมื่อส่งผ่านจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าทางแสงไปยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นเชิงแสงมากกว่า มุมของการหักเหของแสงจะน้อยกว่ามุมตกกระทบ
สามารถสังเกตปรากฏการณ์ที่น่าสนใจได้หากมุมตกกระทบค่อยๆ เพิ่มขึ้นเมื่อแสงผ่านเข้าไปในตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าทางแสง เป็นที่ทราบกันว่ามุมหักเหในกรณีนี้มากกว่ามุมตกกระทบ และเมื่อมุมตกกระทบเพิ่มขึ้น มุมการหักเหของแสงก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน ที่ค่าหนึ่งของมุมตกกระทบ มุมหักเหจะเท่ากับ 90o
เราจะค่อยๆ เพิ่มมุมตกกระทบเมื่อแสงผ่านเข้าไปในตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าทางแสง เมื่อมุมตกกระทบเพิ่มขึ้น มุมหักเหก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน เมื่อมุมหักเหกลายเป็นเก้าสิบองศา ลำแสงหักเหจะไม่ผ่านเข้าไปในตัวกลางที่สองจากอันแรก แต่จะเลื่อนในระนาบของส่วนต่อประสานระหว่างสื่อทั้งสองนี้
ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการสะท้อนภายในทั้งหมด และมุมตกกระทบที่เกิดขึ้นคือมุมจำกัดของการสะท้อนภายในทั้งหมด
ปรากฏการณ์ของการสะท้อนภายในทั้งหมดถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยี ปรากฏการณ์นี้ขึ้นอยู่กับการใช้เส้นใยแก้วนำแสงที่มีความยืดหยุ่นซึ่งแสงผ่านสะท้อนจากผนังซ้ำแล้วซ้ำอีก
แสงไม่ได้หลุดออกจากเส้นใยเนื่องจากการสะท้อนแสงภายในทั้งหมด อุปกรณ์ออปติคัลที่เรียบง่ายกว่าซึ่งใช้การสะท้อนภายในทั้งหมดเป็นปริซึมแบบพลิกกลับได้ โดยจะพลิกภาพโดยสลับรังสีที่ส่องเข้ามา
ภาพในเลนส์
เลนส์ที่มีความหนาน้อยเมื่อเทียบกับรัศมีของทรงกลมที่สร้างพื้นผิวของเลนส์นี้เรียกว่าบาง ต่อไปนี้เราจะพิจารณาเฉพาะเลนส์บางเท่านั้น บนไดอะแกรมออปติคัล เลนส์บางจะแสดงเป็นส่วนที่มีลูกศรอยู่ที่ปลาย ขึ้นอยู่กับทิศทางของลูกศร ไดอะแกรมจะแยกความแตกต่างระหว่างเลนส์บรรจบกับเลนส์แยก
ให้เราพิจารณาว่าลำแสงที่ขนานกับแกนแสงหลักผ่านเลนส์เป็นอย่างไร ผ่านมา
เลนส์มาบรรจบกัน รังสีจะถูกรวบรวมไว้ที่จุดหนึ่ง หลังจากผ่านเลนส์ที่แยกออกไป รังสีจะแยกตัวไปในทิศทางที่ต่างกันไปในลักษณะที่ความต่อเนื่องทั้งหมดของพวกมันมาบรรจบกัน ณ จุดหนึ่งที่อยู่ด้านหน้าเลนส์
จุดที่หลังจากการหักเหของแสงในเลนส์บรรจบกัน รังสีที่ขนานกับแกนออปติคอลหลักจะถูกรวบรวมเรียกว่าโฟกัสหลักของเลนส์-F
ในเลนส์เบี่ยงเบน รังสีที่ขนานกับแกนแสงหลักจะกระจัดกระจาย จุดที่ความต่อเนื่องของรังสีหักเหสะสมอยู่ด้านหน้าเลนส์และเรียกว่าจุดโฟกัสหลักของเลนส์ไดเวอร์เจนต์
จุดโฟกัสของเลนส์ที่แยกจากกันนั้นได้มาที่จุดตัดไม่ใช่ของรังสีเอง แต่มาจากความต่อเนื่องของเลนส์ ดังนั้นจึงเป็นภาพในจินตนาการ ตรงกันข้ามกับเลนส์บรรจบกันซึ่งมีโฟกัสจริง
เลนส์มีจุดโฟกัสหลักสองจุด ทั้งคู่อยู่ห่างจากศูนย์กลางออปติคัลของเลนส์บนแกนออปติคอลหลักเท่ากัน
ระยะทางจากศูนย์กลางออปติคัลของเลนส์ถึงโฟกัสเรียกว่าทางยาวโฟกัสของเลนส์ ยิ่งเลนส์เปลี่ยนทิศทางของรังสีมากเท่าใด ทางยาวโฟกัสก็จะยิ่งเล็กลงเท่านั้น ดังนั้น กำลังแสงของเลนส์จึงแปรผกผันกับทางยาวโฟกัส
ตามกฎแล้วกำลังแสงจะแสดงด้วยตัวอักษร "DE" และวัดเป็นไดออปเตอร์ ตัวอย่างเช่น เมื่อเขียนใบสั่งยาสำหรับแว่นตา ค่านี้จะระบุจำนวนไดออปเตอร์ของกำลังแสงของเลนส์ด้านขวาและด้านซ้าย
ไดออปเตอร์ (dptr) คือกำลังแสงของเลนส์ที่มีความยาวโฟกัส 1 ม. เนื่องจากเลนส์บรรจบกันมีจุดโฟกัสจริง และเลนส์เบี่ยงเบนมีจุดโฟกัสจินตภาพ เราจึงตกลงที่จะพิจารณาพลังแสงของเลนส์บรรจบกันเป็นค่าบวก และพลังแสงของเลนส์ที่แตกต่างกันเป็นค่าลบ
ใครเป็นผู้กำหนดกฎการสะท้อนของแสง?
สำหรับศตวรรษที่ 16 ทัศนศาสตร์เป็นวิทยาศาสตร์ล้ำสมัย จากลูกแก้วที่เต็มไปด้วยน้ำซึ่งถูกใช้เป็นเลนส์โฟกัสจึงเกิดขึ้น แว่นขยายและจากนั้นก็มีกล้องจุลทรรศน์และกล้องโทรทรรศน์ อำนาจทางทะเลที่ใหญ่ที่สุดในสมัยนั้น เนเธอร์แลนด์ ต้องการกล้องโทรทรรศน์ที่ดีเพื่อที่จะมองเห็นชายฝั่งที่อันตรายล่วงหน้าหรือหนีจากศัตรูได้ทันเวลา เลนส์ทำให้การนำทางสำเร็จและเชื่อถือได้ ดังนั้นจึงอยู่ในเนเธอร์แลนด์ที่นักวิทยาศาสตร์หลายคนมีส่วนร่วม ชาวดัตช์ Willebrord, Snel van Rooyen ผู้ซึ่งเรียกตัวเองว่า Snellius (1580 - 1626) สังเกตเห็น (ซึ่งโดยบังเอิญหลายคนก่อนหน้าเขาเคยเห็น) ว่าลำแสงบาง ๆ สะท้อนในกระจกอย่างไร เขาเพียงวัดมุมตกกระทบและมุมสะท้อนของลำแสง (ซึ่งไม่มีใครเคยทำมาก่อน) และสร้างกฎขึ้นมา: มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน
แหล่งที่มา. โลกกระจก. Gilde V. - M .: Mir, 1982. p. 24.
ทำไมเพชรถึงมีมูลค่าสูงจัง?
เห็นได้ชัดว่าคนๆ หนึ่งชื่นชมทุกสิ่งที่ไม่ให้ยืมตัวเองหรือเปลี่ยนแปลงได้ยาก รวมทั้งโลหะมีค่าและหิน ชาวกรีกโบราณเรียกเพชรว่า "adamas" ซึ่งไม่อาจต้านทานได้ ซึ่งแสดงทัศนคติพิเศษต่อหินก้อนนี้ แน่นอนในหินหยาบ (เพชรไม่ได้เจียระไน) คุณสมบัติที่ชัดเจนที่สุดคือความแข็งและความฉลาด
เพชรมีค่าดัชนีการหักเหของแสงสูง 2.41 สำหรับสีแดงและ 2.47 สำหรับสีม่วง (สำหรับการเปรียบเทียบ พอเพียงที่จะบอกว่าดัชนีการหักเหของแสงของน้ำคือ 1.33 และแก้ว ขึ้นอยู่กับเกรดจาก 1.5 ถึง 1.75)
แสงสีขาวประกอบด้วยสีของสเปกตรัม และเมื่อรังสีของมันถูกหักเห รังสีสีที่เป็นองค์ประกอบแต่ละส่วนจะเบี่ยงเบนไปต่างกัน ราวกับว่าแยกออกเป็นสีของรุ้ง นั่นคือเหตุผลที่มี "การเล่นสี" ในเพชร
ชาวกรีกโบราณรู้สึกทึ่งกับสิ่งนี้อย่างไม่ต้องสงสัย หินไม่เพียงแต่มีความแวววาวและความแข็งเป็นพิเศษเท่านั้น แต่ยังมีรูปร่างเป็นของแข็งที่ "สมบูรณ์แบบ" อย่างหนึ่งของเพลโตอีกด้วย!
ประสบการณ์
ประสบการณ์ในเลนส์ No. 1
อธิบายความคล้ำของท่อนไม้หลังจากทำให้เปียก
อุปกรณ์: เรือที่มีน้ำบล็อกไม้
อธิบายการสั่นสะเทือนของเงาของวัตถุนิ่งเมื่อแสงส่องผ่านอากาศเหนือเทียนที่จุดไฟอุปกรณ์: ขาตั้งกล้อง, ลูกบอลบนด้าย, เทียน, หน้าจอ, โปรเจ็กเตอร์
ติดกระดาษสีบนใบพัดลมและสังเกตว่าสีรวมกันเป็นอย่างไรในโหมดการหมุนต่างๆ อธิบายปรากฏการณ์ที่สังเกตได้
ประสบการณ์ #2
โดยการรบกวนของแสง
การสาธิตง่ายๆ ของการดูดกลืนแสงด้วยสารละลายสีย้อมที่เป็นน้ำ
ต้องเตรียมไฟส่องสว่างของโรงเรียนแก้วน้ำและหน้าจอสีขาวเท่านั้น สีย้อมนั้นมีความหลากหลายมาก รวมทั้งสีเรืองแสง
นักเรียนมองดูการเปลี่ยนสีของลำแสงสีขาวที่แพร่กระจายผ่านสีย้อมด้วยความสนใจ สิ่งที่ไม่คาดคิดสำหรับพวกเขาคือสีของลำแสงที่โผล่ออกมาจากสารละลาย เนื่องจากแสงถูกโฟกัสโดยเลนส์ของตัวช่วยส่องสว่าง สีของจุดบนหน้าจอจึงถูกกำหนดโดยระยะห่างระหว่างแก้วของเหลวกับหน้าจอ
การทดลองง่ายๆ กับเลนส์ (EXPERIMENT No. 3)
จะเกิดอะไรขึ้นกับภาพของวัตถุที่ได้รับจากเลนส์หากส่วนหนึ่งของเลนส์เสียหายและได้ภาพโดยใช้ส่วนที่เหลือของเลนส์
ตอบ . ภาพจะได้มาในตำแหน่งเดียวกับที่ได้รับโดยใช้เลนส์ทั้งตัว แต่การส่องสว่างจะน้อยลงเพราะ รังสีส่วนเล็ก ๆ ที่ออกมาจากวัตถุจะไปถึงรูปของมัน
วางวัตถุแวววาวเล็กๆ บนโต๊ะที่ดวงอาทิตย์ส่อง (หรือโคมไฟอันทรงพลัง) เช่น ลูกบอลจากลูกปืน หรือสลักเกลียวจากคอมพิวเตอร์ แล้วมองผ่านรูเล็กๆ ในแผ่นฟอยล์ วงแหวนหลากสีหรือวงรีจะมองเห็นได้ชัดเจน จะเกิดปรากฏการณ์แบบไหน? ตอบ. การเลี้ยวเบน
การทดลองง่ายๆ กับแว่นตาสี (การทดลองที่ 4)
บนกระดาษสีขาว เขียนว่า "ยอดเยี่ยม" ด้วยปากกาสักหลาดหรือดินสอสีแดง และเขียนว่า "ดี" ด้วยปากกาสักหลาดสีเขียว นำขวดแก้วสองชิ้น - สีเขียวและสีแดง
(ระวัง! ระวัง ขอบของชิ้นส่วนอาจบาดเจ็บได้!)
คุณต้องมองผ่านกระจกอะไรจึงจะเห็นเรตติ้ง "ยอดเยี่ยม"?
ตอบ . จำเป็นต้องมองผ่านกระจกสีเขียว ในกรณีนี้ จารึกจะปรากฏเป็นสีดำบนพื้นหลังกระดาษสีเขียว เนื่องจากแสงสีแดงของคำจารึก "ยอดเยี่ยม" จะไม่ถูกส่งผ่านโดยกระจกสีเขียว เมื่อมองผ่านกระจกสีแดง จารึกสีแดงจะไม่ปรากฏให้เห็นบนพื้นหลังสีแดงของกระดาษ
การทดลอง #5: การสังเกตปรากฏการณ์การกระจายตัว
เป็นที่ทราบกันดีว่าเมื่อลำแสงสีขาวแคบ ๆ ส่องผ่านปริซึมแก้ว บนหน้าจอที่ติดตั้งด้านหลังปริซึม เราสามารถสังเกตแถบสีรุ้งซึ่งเรียกว่าสเปกตรัมการกระจาย (หรือปริซึม) สเปกตรัมนี้ยังสังเกตได้เมื่อแหล่งกำเนิดแสง ปริซึม และตะแกรงวางอยู่ในภาชนะปิดซึ่งอากาศถูกอพยพออกไป
ผลการทดลองล่าสุดแสดงให้เห็นว่าดัชนีการหักเหของแสงสัมบูรณ์ของแก้วขึ้นอยู่กับความถี่ของคลื่นแสง ปรากฏการณ์นี้พบได้ในสารหลายชนิดและเรียกว่าการกระจายตัวของแสง มีการทดลองต่างๆ เพื่อแสดงปรากฏการณ์การกระจายแสง รูปแสดงหนึ่งในตัวเลือกสำหรับการใช้งาน
ปรากฏการณ์การกระจายแสงถูกค้นพบโดยนิวตันและถือเป็นหนึ่งในการค้นพบที่สำคัญที่สุดของเขา หลุมฝังศพที่สร้างขึ้นในปี ค.ศ. 1731 เป็นภาพของชายหนุ่มที่ถือสัญลักษณ์ของการค้นพบที่สำคัญที่สุดของนิวตัน ในมือของชายหนุ่มคนหนึ่งเป็นปริซึมและในจารึกบนอนุสาวรีย์มีคำต่อไปนี้: "เขาตรวจสอบความแตกต่างของรังสีแสงและคุณสมบัติต่างๆของสีที่ปรากฏในนี้ซึ่งไม่มีใครเคยสงสัยมาก่อน ."
ประสบการณ์ #6: กระจกมีหน่วยความจำหรือไม่?
วิธีใส่กระจกแบนบนสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่วาดเพื่อให้ได้ภาพ: สามเหลี่ยม, สี่เหลี่ยม, ห้าเหลี่ยมอุปกรณ์: กระจกแบนแผ่นกระดาษที่มีรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสวาดอยู่
คำถาม
ลูกแก้วใสจะกลายเป็นทึบแสงหากพื้นผิวถูกถูด้วยกระดาษทราย แก้วเดิมจะใสอีกครั้งเมื่อถู....ยังไง?
ตัวเลขที่เท่ากับอัตราส่วนของทางยาวโฟกัสต่อเส้นผ่านศูนย์กลางของรูรับแสงจะถูกทำเครื่องหมายบนมาตราส่วนรูรับแสงของเลนส์: 2; 2.8; 4.5; 5; 5.8 เป็นต้น เวลาเปิดรับแสงจะเปลี่ยนไปอย่างไรหากรูรับแสงถูกย้ายไปยังส่วนที่ใหญ่กว่าของมาตราส่วน?
ตอบ. ยิ่งหมายเลขรูรับแสงแสดงบนมาตราส่วนมากเท่าใด แสงของภาพก็จะยิ่งต่ำลง และต้องใช้ความเร็วชัตเตอร์นานขึ้นสำหรับการถ่ายภาพ
บ่อยครั้งที่เลนส์กล้องประกอบด้วยเลนส์หลายตัว แสงที่ส่องผ่านเลนส์จะสะท้อนบางส่วนจากพื้นผิวของเลนส์ สิ่งนี้นำไปสู่ข้อบกพร่องประเภทใดในการถ่ายภาพ?ตอบ
เมื่อถ่ายภาพที่ราบหิมะและพื้นผิวน้ำในวันที่มีแดด ขอแนะนำให้ใช้เครื่องดูดควันพลังงานแสงอาทิตย์ซึ่งเป็นท่อทรงกระบอกหรือทรงกรวยที่เคลือบสีดำด้านใน
เลนส์ จุดประสงค์ของหมวกคืออะไร?ตอบ
เพื่อป้องกันไม่ให้แสงสะท้อนภายในเลนส์ ฟิล์มใสบางมากขนาดหนึ่งหมื่นมิลลิเมตรจึงถูกนำไปใช้กับพื้นผิวเลนส์ เลนส์ดังกล่าวเรียกว่าตรัสรู้ การเคลือบเลนส์เกิดจากปรากฏการณ์ทางกายภาพอย่างไร? อธิบายว่าทำไมเลนส์ไม่สะท้อนแสงตอบ.
คำถามสำหรับ ฟอรั่ม
ทำไมกำมะหยี่สีดำจึงดูเข้มกว่าผ้าไหมสีดำมาก?
เหตุใดแสงสีขาวจึงไม่แตกออกเป็นส่วนประกอบเมื่อผ่านบานหน้าต่างตอบ.
บลิทซ์
1. แว่นตาที่ไม่มีวัดเรียกว่าอะไร? (พินซ์-เนซ)
2. อะไรให้นกอินทรีในระหว่างการล่า? (เงา.)
3. ทำไมศิลปิน Kuinzhi ถึงโด่งดัง? (ความสามารถในการพรรณนาความโปร่งแสงของอากาศและแสงจันทร์)
4. โคมไฟที่ส่องสว่างบนเวทีเรียกว่าอะไร? (ซอฟต์)
5. อัญมณีเป็นสีน้ำเงินหรือเขียว?(เทอร์ควอยซ์)
6. ระบุจุดที่ปลาอยู่ในน้ำหากชาวประมงเห็นที่จุด A
บลิทซ์
1. คุณไม่สามารถซ่อนอะไรไว้ในหน้าอกได้? (รังสีของแสง)
2. แสงสีขาวมีสีอะไร? (แสงสีขาวประกอบด้วยชุดของรังสีหลากสี ได้แก่ แดง ส้ม เหลือง เขียว น้ำเงิน คราม ม่วง)
3. มีอะไรมากกว่านั้น: เมฆหรือเงาจากมัน? (เมฆทำให้เกิดเงาเต็มรูปกรวยแคบลงสู่พื้นดินซึ่งมีความสูงมากเนื่องจากขนาดก้อนเมฆที่มีนัยสำคัญ ดังนั้น เงาของเมฆจึงมีขนาดแตกต่างจากตัวเมฆเพียงเล็กน้อย)
4. คุณตามเธอ เธอตามคุณ คุณตามเธอ เธอตามคุณ มันคืออะไร? (เงา)
5. ขอบมองเห็นได้ แต่คุณจะไม่เอื้อมถึง มันคืออะไร? (ขอบฟ้า)
ภาพลวงตา.
คุณไม่คิดว่าแถบขาวดำกำลังเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้ามหรือไม่? หากคุณเอียงศีรษะ - จากนั้นไปทางขวาจากนั้นไปทางซ้าย - ทิศทางการหมุนก็เปลี่ยนไปเช่นกัน
บันไดที่ไม่มีที่สิ้นสุดนำไปสู่
แดดและตา
อย่าเป็นเหมือนดวงอาทิตย์แห่งดวงตา
เขามองไม่เห็นดวงอาทิตย์...ว. เกอเธ่
การเทียบเคียงของดวงตาและดวงอาทิตย์นั้นเก่าแก่พอๆ กับเผ่าพันธุ์มนุษย์นั่นเอง ที่มาของการเปรียบเทียบดังกล่าวไม่ใช่วิทยาศาสตร์ และในยุคของเรา ข้างๆ วิทยาศาสตร์ พร้อมๆ กับภาพปรากฎการณ์ เปิดเผยและอธิบายโดยวิทยาศาสตร์ธรรมชาติใหม่ โลกแห่งความคิดของเด็กและ มนุษย์ดึกดำบรรพ์และทั้งโดยเจตนาหรือไม่ตั้งใจ โลกแห่งการเลียนแบบของกวี บางครั้งมันก็คุ้มค่าที่จะมองโลกนี้ว่าเป็นหนึ่งในแหล่งที่เป็นไปได้ของสมมติฐานทางวิทยาศาสตร์ เขาเป็นคนที่น่าทึ่งและยอดเยี่ยม ในโลกนี้ ความเชื่อมโยงระหว่างสะพานต่างๆ เกิดขึ้นอย่างกล้าหาญระหว่างปรากฏการณ์ของธรรมชาติ ซึ่งบางครั้งวิทยาศาสตร์ก็ยังไม่สงสัย ในบางกรณี การเชื่อมต่อเหล่านี้คาดเดาได้อย่างถูกต้อง บางครั้งอาจผิดพลาดโดยพื้นฐานและไร้สาระ แต่สมควรได้รับความสนใจเสมอ เนื่องจากข้อผิดพลาดเหล่านี้มักช่วยให้เข้าใจความจริง ดังนั้นจึงเป็นคำแนะนำที่จะเข้าหาคำถามเกี่ยวกับความเชื่อมโยงระหว่างดวงตากับดวงอาทิตย์ก่อนจากมุมมองของเด็ก ความคิดดั้งเดิม และกวีนิพนธ์
การเล่น "ซ่อนหา" เด็กมักจะตัดสินใจที่จะซ่อนในลักษณะที่ไม่คาดคิดที่สุด: เขาหลับตาหรือปิดตาด้วยมือของเขาเพื่อให้แน่ใจว่าจะไม่มีใครเห็นเขาในตอนนี้ สำหรับเขาการมองเห็นจะถูกระบุด้วยแสง
อย่างไรก็ตาม สิ่งที่น่าประหลาดใจยิ่งกว่านั้นก็คือการคงอยู่ของความสับสนทางสัญชาตญาณของการมองเห็นและแสงในผู้ใหญ่เช่นเดียวกัน ช่างภาพ กล่าวคือ ผู้ที่มีประสบการณ์ด้านทัศนศาสตร์ที่ใช้งานได้จริง มักจะหลับตาเมื่อโหลดหรือพัฒนาเพลต ต้องใช้ความระมัดระวังไม่ให้แสงทะลุเข้าไปในห้องมืด
หากคุณตั้งใจฟังวิธีที่เราพูดด้วยคำพูดของเราเอง ในกรณีนี้ ร่องรอยของเลนส์มหัศจรรย์แบบเดียวกันจะพบได้ในทันที
ผู้คนพูดว่า: "ดวงตาเป็นประกาย", "ดวงอาทิตย์ออกมา", "ดวงดาวกำลังดูอยู่" โดยไม่ได้สังเกตสิ่งนี้
สำหรับกวี การถ่ายทอดการแสดงภาพไปยังผู้ส่องสว่าง และในทางกลับกัน การระบุคุณสมบัติของแหล่งกำเนิดแสงไปยังดวงตานั้นเป็นเรื่องธรรมดาที่สุด บางคนอาจกล่าวได้ว่าเป็นเทคนิคบังคับ:
ดวงดาวแห่งราตรี
เหมือนตากล่าวหา
พวกเขามองเขาอย่างเย้ยหยัน
ดวงตาของเขาเป็นประกาย
เอ.เอส.พุชกิน.
เราดูดาวกับคุณ
พวกเขาอยู่ที่เรา เฟต
ปลามองเห็นคุณได้อย่างไร?
เนื่องจากการหักเหของแสง ชาวประมงจึงมองไม่เห็นปลาในที่ที่เป็นจริง
ลางบอกเหตุพื้นบ้าน
บทนำ
1. การทบทวนวรรณกรรม
1.1. ประวัติความเป็นมาของการพัฒนาเลนส์เรขาคณิต
1.2. แนวคิดพื้นฐานและกฎของทัศนศาสตร์เรขาคณิต
1.3. องค์ประกอบปริซึมและวัสดุออปติคัล
2. ส่วนทดลอง
2.1 วัสดุและเทคนิคการทดลอง
2.2. ผลการทดลอง
2.2.1. สาธิตการทดลองโดยใช้ปริซึมแก้วที่มีมุมหักเหของแสง90º
2.2.2. สาธิตการทดลองโดยใช้ปริซึมแก้วที่เติมน้ำ โดยมีมุมหักเหของแสง 90º
2.2.3. สาธิตการทดลองโดยใช้ปริซึมแก้วกลวง เติมอากาศ โดยมีมุมหักเหของแสง 74º
2.3. อภิปรายผลการทดลอง
รายชื่อวรรณกรรมที่ใช้แล้ว
บทนำ
บทบาทชี้ขาดของการทดลองในการศึกษาฟิสิกส์ที่โรงเรียนสอดคล้องกับหลักการสำคัญของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ ซึ่งการทดลองเป็นพื้นฐานสำหรับความรู้เกี่ยวกับปรากฏการณ์ การทดลองสาธิตมีส่วนช่วยในการสร้างสรรค์ แนวคิดทางกายภาพ. ในบรรดาการทดลองสาธิต หนึ่งในสถานที่ที่สำคัญที่สุดคือการทดลองเกี่ยวกับทัศนศาสตร์เรขาคณิต ซึ่งทำให้สามารถแสดงลักษณะทางกายภาพของแสงด้วยสายตาและแสดงให้เห็นถึงกฎพื้นฐานของการแพร่กระจายแสง
ในบทความนี้ ปัญหาของการตั้งค่าการทดลองเกี่ยวกับทัศนศาสตร์เรขาคณิตโดยใช้ปริซึมใน มัธยม. การทดลองเชิงสาธิตและน่าสนใจที่สุดในทัศนศาสตร์ได้รับการคัดเลือกโดยใช้อุปกรณ์ที่โรงเรียนใดก็ได้สามารถซื้อได้หรือทำขึ้นเอง
ทบทวนวรรณกรรม
1.1 ประวัติความเป็นมาของการพัฒนาเลนส์ทางเรขาคณิต
ทัศนศาสตร์หมายถึงวิทยาศาสตร์ดังกล่าวซึ่งเป็นแนวคิดเริ่มต้นที่เกิดขึ้นในสมัยโบราณ ตลอดประวัติศาสตร์ที่มีอายุหลายศตวรรษ มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง และปัจจุบันเป็นหนึ่งในวิทยาศาสตร์กายภาพขั้นพื้นฐาน เสริมด้วยการค้นพบปรากฏการณ์และกฎหมายใหม่ๆ
ปัญหาที่สำคัญที่สุดในทัศนศาสตร์คือคำถามเกี่ยวกับธรรมชาติของแสง ความคิดแรกเกี่ยวกับธรรมชาติของแสงเกิดขึ้นในสมัยโบราณ นักคิดโบราณพยายามทำความเข้าใจแก่นแท้ของปรากฏการณ์ทางแสงโดยอาศัยความรู้สึกทางสายตา ชาวฮินดูโบราณคิดว่าดวงตามี "ธรรมชาติที่ร้อนแรง" นักปรัชญาและนักคณิตศาสตร์ชาวกรีก ปีธากอรัส (582-500 ปีก่อนคริสตกาล) และโรงเรียนของเขาเชื่อว่าความรู้สึกทางภาพเกิดขึ้นเนื่องจากข้อเท็จจริงที่ว่า "ไอร้อน" มาจากดวงตาสู่วัตถุ ในการพัฒนาต่อไป มุมมองเหล่านี้มีรูปแบบที่ชัดเจนขึ้นในรูปแบบของทฤษฎีรังสีสายตาซึ่งพัฒนาโดย Euclid (300 ปีก่อนคริสตกาล) ตามทฤษฎีนี้ การมองเห็นเกิดจากความจริงที่ว่า "รังสีของภาพ" ไหลออกจากดวงตาซึ่งสัมผัสร่างกายด้วยปลายของพวกมันและสร้างความรู้สึกทางสายตา ยูคลิดเป็นผู้ก่อตั้งหลักคำสอนเรื่องการแพร่กระจายของแสงเป็นเส้นตรง เขาใช้คณิตศาสตร์ในการศึกษาแสง เขากำหนดกฎของการสะท้อนของแสงจากกระจก ควรสังเกตว่าในการสร้างทฤษฎีทางเรขาคณิตของการสะท้อนแสงจากกระจกเงาธรรมชาติของแหล่งกำเนิดแสงไม่สำคัญ แต่เฉพาะคุณสมบัติของการแพร่กระจายเป็นเส้นตรงเท่านั้นที่มีความสำคัญ ความสม่ำเสมอที่ Euclid พบได้รับการเก็บรักษาไว้ในทัศนศาสตร์เรขาคณิตสมัยใหม่ ยูคลิดคุ้นเคยกับการหักเหของแสงเช่นกัน ในเวลาต่อมา ทัศนะที่คล้ายคลึงกันนี้ได้รับการพัฒนาโดยปโตเลมี (ค.ศ. 70-147) พวกเขาให้ความสนใจอย่างมากกับการศึกษาปรากฏการณ์การหักเหของแสง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ปโตเลมีได้ทำการวัดมุมตกกระทบและการหักเหของแสงหลายครั้ง แต่เขาล้มเหลวในการสร้างกฎการหักเหของแสง ปโตเลมีสังเกตว่าตำแหน่งของดวงดาวบนท้องฟ้าเปลี่ยนไปเนื่องจากการหักเหของแสงในชั้นบรรยากาศ
นอกจาก Euclid แล้ว นักวิทยาศาสตร์ในสมัยโบราณคนอื่นๆ ยังรู้ถึงผลกระทบของกระจกเว้าอีกด้วย อาร์คิมิดีส (287-212 ปีก่อนคริสตกาล) ได้รับการยกย่องว่าเป็นผู้เผากองเรือศัตรูด้วยระบบกระจกเว้า ซึ่งเขารวบรวมรังสีของดวงอาทิตย์และส่งไปยังเรือโรมัน ก้าวไปข้างหน้าโดย Empedocles (492-432 ปีก่อนคริสตกาล) ซึ่งเชื่อว่ากระแสน้ำไหลออกจากร่างกายที่ส่องสว่างไปยังดวงตาและการไหลออกมาจากดวงตาไปยังร่างกาย เมื่อกระแสเหล่านี้มาบรรจบกัน ความรู้สึกทางภาพก็เกิดขึ้น นักปรัชญาชาวกรีกผู้โด่งดังผู้ก่อตั้งอะตอมนิยม Democritus (460-370 BC, e.) ปฏิเสธแนวคิดเรื่องการมองเห็นอย่างสมบูรณ์ ตามทัศนะของเดโมคริตุส การมองเห็นเกิดจากการตกลงมาบนพื้นผิวของดวงตาของอะตอมขนาดเล็กที่เล็ดลอดออกมาจากวัตถุ ความเห็นที่คล้ายคลึงกันเกิดขึ้นในภายหลังโดย Epicurus (341-270 ปีก่อนคริสตกาล) นักปรัชญาชาวกรีกชื่อดัง อริสโตเติล (384-322 ปีก่อนคริสตกาล) ซึ่งเชื่อว่าสาเหตุของความรู้สึกทางสายตาอยู่นอกสายตามนุษย์ ก็เป็นศัตรูตัวฉกาจของ "ทฤษฎีรังสีการมองเห็น" ด้วยเช่นกัน อริสโตเติลพยายามอธิบายสีอันเป็นผลมาจากการผสมผสานของแสงและความมืด
ควรสังเกตว่ามุมมองของนักคิดในสมัยโบราณนั้นมีพื้นฐานมาจากการสังเกตปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่ง่ายที่สุด ฟิสิกส์โบราณไม่มีพื้นฐานที่จำเป็นในรูปแบบของการวิจัยเชิงทดลอง ดังนั้นคำสอนของคนโบราณเกี่ยวกับธรรมชาติของแสงจึงเป็นการเก็งกำไร อย่างไรก็ตาม แม้ว่ามุมมองเหล่านี้ส่วนใหญ่จะเป็นเพียงการคาดเดาที่ยอดเยี่ยมเท่านั้น แต่แน่นอนว่าพวกเขามีอิทธิพลอย่างมากต่อการพัฒนาเลนส์เพิ่มเติมอย่างแน่นอน
นักฟิสิกส์ชาวอาหรับ Alhazen (1038) ได้พัฒนาปัญหาด้านทัศนศาสตร์หลายประการในการวิจัยของเขา เขาศึกษาเกี่ยวกับตา การหักเหของแสง การสะท้อนของแสงในกระจกเว้า เมื่อศึกษาการหักเหของแสง Algazei ตรงกันข้ามกับปโตเลมี พิสูจน์ว่ามุมตกกระทบและการหักเหของแสงไม่เป็นสัดส่วน ซึ่งเป็นแรงผลักดันให้เกิดการวิจัยเพิ่มเติมเพื่อค้นหากฎการหักเหของแสง Alhazen รู้ถึงกำลังขยายของกลุ่มกระจกทรงกลม สำหรับคำถามเกี่ยวกับธรรมชาติของแสง Alhazen อยู่ในตำแหน่งที่ถูกต้อง โดยปฏิเสธทฤษฎีของรังสีที่มองเห็น Alhazen เกิดจากแนวคิดที่ว่ารังสีเล็ดลอดออกมาจากแต่ละจุดของวัตถุเรืองแสง ซึ่งเมื่อไปถึงดวงตาทำให้เกิดความรู้สึกทางสายตา Alhazen เชื่อว่าแสงมีความเร็วในการแพร่กระจายจำกัด ซึ่งในตัวมันเองแสดงถึงขั้นตอนสำคัญในการทำความเข้าใจธรรมชาติของแสง Alhazen ให้คำอธิบายที่ถูกต้องสำหรับข้อเท็จจริงที่ว่าดวงอาทิตย์และดวงจันทร์ดูเหมือนจะมีขนาดใหญ่บนขอบฟ้ามากกว่าที่จุดสุดยอด เขาอธิบายว่ามันเป็นภาพลวงตาของความรู้สึก
ยุคฟื้นฟูศิลปวิทยา ในสาขาวิทยาศาสตร์ วิธีการทดลองศึกษาธรรมชาติค่อยๆ ชนะ ในช่วงเวลานี้ มีการประดิษฐ์และการค้นพบที่โดดเด่นหลายอย่างในด้านทัศนศาสตร์ Francis Mavrolik (1494-1575) ให้เครดิตกับคำอธิบายที่ถูกต้องพอสมควรเกี่ยวกับการกระทำของแว่นตา Mavrolik ยังพบว่าเลนส์เว้าไม่สะสม แต่กระจายรังสี เขาพบว่าเลนส์เป็นส่วนที่สำคัญที่สุดของดวงตา และได้ข้อสรุปว่าสาเหตุของสายตายาวและสายตาสั้นอันเป็นผลมาจากการหักเหของแสงที่ผิดปกติโดยเลนส์ของ Mavrolik ได้ให้คำอธิบายที่ถูกต้องสำหรับการก่อตัวของภาพของดวงอาทิตย์ สังเกตเมื่อรังสีของดวงอาทิตย์ผ่านรูเล็กๆ ต่อไปเราควรตั้งชื่อท่าเรืออิตาลี (1538-1615) ซึ่งในปี ค.ศ. 1589 ได้คิดค้นกล้อง obscura ซึ่งเป็นต้นแบบของกล้องในอนาคต ไม่กี่ปีต่อมา เครื่องมือทางแสงหลัก กล้องจุลทรรศน์ และกล้องโทรทรรศน์ ถูกประดิษฐ์ขึ้น
การประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์ (1590) เกี่ยวข้องกับชื่อ Zachary Jansen ผู้เชี่ยวชาญด้านแว่นตาชาวดัตช์ กล้องส่องทางไกลเริ่มทำขึ้นในเวลาเดียวกัน (ค.ศ. 1608-1610) โดยช่างแว่นตาชาวดัตช์ Zachary Jansen, Jacob Metzius และ Hans Lippershey การประดิษฐ์เครื่องมือเกี่ยวกับการมองเห็นเหล่านี้นำไปสู่การค้นพบที่สำคัญในด้านดาราศาสตร์และชีววิทยาในปีต่อๆ มา นักฟิสิกส์และนักดาราศาสตร์ชาวเยอรมัน N. Kepler (1571-1630) เป็นเจ้าของงานพื้นฐานเกี่ยวกับทฤษฎีเครื่องมือเกี่ยวกับการมองเห็นและทัศนศาสตร์ทางสรีรวิทยา ผู้ก่อตั้งซึ่งเขาสามารถเรียกได้อย่างถูกต้องว่า Kepler ทำงานมากมายในการศึกษาการหักเหของแสง
หลักการของแฟร์มาต์ ซึ่งตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ปิแอร์ แฟร์มาต์ (ค.ศ. 1601-1665) ซึ่งเป็นผู้คิดค้นหลักการนี้ มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อทัศนศาสตร์เรขาคณิต หลักการนี้กำหนดว่าแสงระหว่างจุดสองจุดแพร่กระจายไปตามเส้นทางดังกล่าว ซึ่งใช้เวลาน้อยที่สุด เป็นไปตามที่แฟร์มาต์ ตรงกันข้ามกับเดส์การตส์ ถือว่าความเร็วของแสงมีจำกัด นักฟิสิกส์ชาวอิตาลีชื่อดัง Galileo (1564-1642) ไม่ได้ทำงานอย่างเป็นระบบในการศึกษาปรากฏการณ์แสง อย่างไรก็ตาม ในด้านทัศนศาสตร์ เขาเป็นเจ้าของผลงานที่นำผลลัพธ์อันน่าทึ่งมาสู่วิทยาศาสตร์ กาลิเลโอปรับปรุงกล้องโทรทรรศน์และนำไปใช้กับดาราศาสตร์เป็นครั้งแรก ซึ่งเขาได้ค้นพบสิ่งที่โดดเด่นซึ่งมีส่วนสนับสนุนการพิสูจน์มุมมองล่าสุดเกี่ยวกับโครงสร้างของจักรวาล โดยอิงจากระบบเฮลิโอเซนทรัลของโคเปอร์นิคัส กาลิเลโอสามารถสร้างกล้องโทรทรรศน์ที่มีกำลังขยาย 30 เฟรม ซึ่งมากกว่าการขยายของกล้องโทรทรรศน์ของผู้ประดิษฐ์คนแรกหลายเท่า ด้วยความช่วยเหลือของมัน เขาค้นพบภูเขาและหลุมอุกกาบาตบนพื้นผิวของดวงจันทร์ ค้นพบดาวเทียมใกล้ดาวพฤหัสบดี ค้นพบโครงสร้างดาวของทางช้างเผือก ฯลฯ กาลิเลโอพยายามวัดความเร็วของแสงภายใต้สภาพโลกแต่ไม่สำเร็จ เนื่องจากความอ่อนแอของวิธีการทดลองที่มีอยู่เพื่อการนี้ . กาลิเลโอมีความคิดที่ถูกต้องเกี่ยวกับ .แล้ว ความเร็วสุดท้ายการแพร่กระจายของแสง กาลิเลโอยังสังเกตเห็นจุดบอดบนดวงอาทิตย์ ความสำคัญของการค้นพบจุดบอดบนดวงอาทิตย์โดยกาลิเลโอถูกโต้แย้งโดยนักวิทยาศาสตร์เยสุอิต Pater Scheiner (1575-1650) ซึ่งทำการสังเกตการณ์จุดบอดบนดวงอาทิตย์และเปลวสุริยะอย่างแม่นยำโดยใช้กล้องโทรทรรศน์ที่จัดเรียงตามแบบแผนของเคปเลอร์ สิ่งที่น่าทึ่งเกี่ยวกับงานของ Scheiner คือเขาเปลี่ยนกล้องโทรทรรศน์ให้เป็นโปรเจ็กเตอร์โดยขยายช่องมองภาพให้ยาวเกินความจำเป็นสำหรับการมองเห็นที่ชัดเจนของดวงตา ซึ่งทำให้ได้ภาพของดวงอาทิตย์บนหน้าจอและแสดงให้เห็นในองศาต่างๆ ขยายให้หลายคนพร้อมกัน
ศตวรรษที่ 17 มีความก้าวหน้าในด้านวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี และการผลิตที่หลากหลายยิ่งขึ้น คณิตศาสตร์กำลังพัฒนาอย่างมาก สมาคมวิทยาศาสตร์และสถาบันการศึกษาที่รวบรวมนักวิทยาศาสตร์กำลังถูกสร้างขึ้นในประเทศต่างๆ ในยุโรป ด้วยเหตุนี้วิทยาศาสตร์จึงกลายเป็นสมบัติของวงกว้างซึ่งมีส่วนช่วยในการสถาปนาความสัมพันธ์ระหว่างประเทศในด้านวิทยาศาสตร์ ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 17 วิธีการทดลองศึกษาปรากฏการณ์ทางธรรมชาติในที่สุดก็ชนะ
การค้นพบครั้งใหญ่ที่สุดในยุคนี้เกี่ยวข้องกับชื่อของนักฟิสิกส์และนักคณิตศาสตร์ชาวอังกฤษชื่อ ไอแซก นิวตัน / (1643-1727) การค้นพบเชิงทดลองที่สำคัญที่สุดของนิวตันในด้านทัศนศาสตร์คือการกระจายตัวของแสงในปริซึม (1666) จากการตรวจสอบทางเดินของลำแสงสีขาวผ่านปริซึมสามส่วน นิวตันพบว่ารังสีของแสงสีขาวแตกออกเป็นชุดของรังสีสีที่ไม่มีที่สิ้นสุดซึ่งก่อตัวเป็นสเปกตรัมต่อเนื่อง จากการทดลองเหล่านี้ สรุปได้ว่าแสงสีขาวเป็นการแผ่รังสีที่ซับซ้อน นิวตันยังทำการทดลองย้อนกลับ โดยรวบรวมรังสีสีที่เกิดขึ้นหลังจากผ่านลำแสงสีขาวผ่านปริซึมด้วยความช่วยเหลือของเลนส์ เป็นผลให้เขาได้รับแสงสีขาวอีกครั้ง สุดท้าย นิวตันได้ทดลองผสมสีโดยใช้วงกลมหมุน แบ่งออกเป็นหลายส่วน โดยทาสีด้วยสีหลักของสเปกตรัม เมื่อหมุนแผ่นดิสก์อย่างรวดเร็ว สีทั้งหมดจะรวมกันเป็นหนึ่งเดียว ให้ความรู้สึกเหมือนเป็นสีขาว
นิวตันวางผลของการทดลองพื้นฐานเหล่านี้บนพื้นฐานของทฤษฎีสี ซึ่งไม่ประสบความสำเร็จมาก่อนสำหรับรุ่นก่อนของเขา ตามทฤษฎีของสี สีของร่างกายถูกกำหนดโดยรังสีของสเปกตรัมที่ร่างกายนี้สะท้อน ร่างกายดูดซับรังสีอื่นๆ
1.2 แนวคิดพื้นฐานและกฎของทัศนศาสตร์เรขาคณิตสาขาทัศนศาสตร์ที่มีพื้นฐานมาจากแนวคิดของรังสีแสงเป็นเส้นตรงซึ่งพลังงานแสงแพร่กระจายไปเรียกว่าทัศนศาสตร์ทางเรขาคณิต ชื่อนี้ได้รับเนื่องจากปรากฏการณ์ทั้งหมดของการแพร่กระจายของแสงที่นี่สามารถตรวจสอบได้โดยการสร้างทางเรขาคณิตของเส้นทางของรังสีโดยคำนึงถึงกฎการสะท้อนและการหักเหของแสง กฎหมายนี้เป็นพื้นฐานของทัศนศาสตร์เรขาคณิต
อย่างไรก็ตาม ที่เรากำลังพูดถึงปรากฏการณ์ ปฏิสัมพันธ์ของแสงกับสิ่งกีดขวาง ขนาดที่เล็กพอ กฎของเลนส์เรขาคณิตไม่เพียงพอ และจำเป็นต้องใช้กฎของเลนส์คลื่น เลนส์ทางเรขาคณิตทำให้สามารถวิเคราะห์ปรากฏการณ์พื้นฐานที่เกี่ยวข้องกับการส่องผ่านของแสงผ่านเลนส์และระบบออพติคอลอื่นๆ ได้ รวมถึงการสะท้อนของแสงจากกระจก แนวความคิดของลำแสงเป็นลำแสงที่บางเป็นอนันต์ที่แผ่กระจายเป็นเส้นตรงโดยธรรมชาติจะนำไปสู่กฎของการแพร่กระจายของแสงเป็นเส้นตรงและการแพร่กระจายของลำแสงอย่างอิสระ กฎเหล่านี้ ร่วมกับกฎการหักเหและการสะท้อนของแสง ซึ่งเป็นกฎพื้นฐานของทัศนศาสตร์เรขาคณิต ซึ่งไม่เพียงแต่อธิบายปรากฏการณ์ทางกายภาพหลายอย่าง แต่ยังทำให้สามารถคำนวณและออกแบบอุปกรณ์เกี่ยวกับแสงได้ กฎทั้งหมดเหล่านี้ถูกกำหนดขึ้นในขั้นต้นเป็นเชิงประจักษ์นั่นคือจากการทดลองการสังเกต