การหักเหขอแสง

การหักเหของแสง

การหักเหของแสง หมายถึง การเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ของแสง เมื่อแสงเคลื่อนที่จากตัวกลางชนิดหนึ่งไปยังอีกตัวกลางชนิดหนึ่งที่มีความหนาแน่นแตกต่างกัน สาเหตุที่ทำให้แสงหักเหเนื่องจากอัตราเร็วของแสงในตัวกลางทั้งสองไม่เท่ากัน การหักเหของแสงเกิดขึ้นตรงผิวรอยต่อของตัวกลาง ลักษณะการหักเหของแสง เมื่อแสงเคลื่อนที่จากตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยเข้าสู่ตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากกว่า แสงจะหักเหเข้าหาเส้นปกติ ในทางตรงกันข้ามถ้าแสงเคลื่อนที่จากตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากเข้าสู่ตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า แสงจะหักเหออกจากเส้นปกติดังรูปต่อไปนี้

รูปแสดงการหักเหของแสงในตัวกลางที่มีความหนาแน่นต่างกัน

ดรรชนีหักเหของตัวกลาง
แสงเคลื่อนที่ในตัวกลางต่างชนิดกันจะมีอัตราเร็วต่างๆ กัน เช่น อัตราเร็วของการเคลื่อนที่ของแสงในอากาศเท่ากับ 300,000,000 เมตรต่อวินาที หรือการเคลื่อนที่ของแสงในแก้วหรือพลาสติกจะมีอัตราเร็วเท่ากับ 200,000,000 เมตรต่อวินาที การเปลี่ยนอัตราเร็วของแสงผ่านตัวกลางต่างชนิดกัน ทำให้เกิดการหักเห ดังนั้นอัตราส่วนระหว่างอัตราเร็วของแสงในตัวกลางที่แสงตกกระทบกับอัตราเร็วของแสงในตัวกลางที่แสงหักเห หรืออัตราส่วนของไซน์ของมุมตกกระทบกับไซน์ของมุมหักเหจะมีค่าคงที่ และค่าคงที่นี้เรียกว่า "ดรรชนีหักเหของวัตถุ" ความสัมพันธ์นี้เรียกว่า กฎของสเนลล์ สัญลักษณ์ที่นิยมใช้คือ n เขียนแสดงความสัมพันธ์ได้ดังนี้

โดยทั่วไปนิยมกำหนดค่าดรรชนีหักเหของวัตถุหรือตัวกลางต่างๆ เทียบกับสุญญากาศ นั่นคืออัตราส่วนระหว่างอัตราเร็วของแสงในสุญญากาศกับอัตราเร็วของแสงในตัวกลางนั้น จะได้



กำหนดให้

c เป็นอัตราเร็วของแสงในสุญญากาศ
v เป็นอัตราเร็วของแสงในตัวกลางใดๆ

เมื่อประมาณค่าให้อัตราเร็วของแสงในอากาศเท่ากับอัตราเร็วของแสงในสุญญากาศ ในการหาค่าดรรชนีหักเหของวัตถุหรือตัวกลางที่แสงเดินทางจากอากาศผ่านเข้าไปในวัตถุหรือตัวกลางจึงถือเป็นค่าเดียวกับที่แสงเดินทางจากสุญญากาศผ่านเข้าไปในวัตถุหรือตัวกลาง ดังตารางต่อไปนี้

ตารางแสดงค่าดรรชนีหักเหของตัวกลางและอัตราเร็วของแสงในตัวกลางต่างๆ



หมายเหตุ เมื่อแสงขาวผ่านปริซึม พบว่าแสงที่หักเหออกมาจากปริซึมจะไม่เป็นแสงขาว แต่จะแยกออกเป็นสีต่างๆ กัน และแสงแต่ละสีที่หักเหออกมาจะทำมุมหักเหต่างๆกัน การที่แสงแยกออกในลักษณะนี้เรียกว่า "การกระจายแสง" แถบสีที่เกิดจากการกระจายแสงของดวงอาทิตย์เรียกว่า "สเปกตรัมของแสงขาว" เมื่อแถบสเปกตรัมนี้ผ่านปริซึมอีกอันที่วางกลับหัวกับปริซึมอันแรก แสงสีต่างๆ ที่กระจายออกมาจากปริซึมอันแรกจะรวมกันเป็นสีขาวเหมือนเดิม
ปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับการกระจายของแสงที่มักเห็นกันบ่อยๆ คือ รุ้ง ซึ่งเกิดจากแสงขาวจากดวงอาทิตย์ส่องผ่านละอองน้ำหรือหยดน้ำซึ่งมีมากก่อนหรือหลังฝนตก โดยหยดน้ำทำให้แสงเกิดการกระจายและสะท้อนกลับหมด ทำให้ได้แถบสีหรือสเปกตรัมของแสงขาว รุ้งอาจเกิดขึ้นได้ในบริเวณอื่นที่มีละอองน้ำ เช่น น้ำพุ น้ำตก เป็นต้น

กฎการหักเหของแสง
1. รังสีตกกระทบ เส้นแนวฉาก และรังสีหักเห อยู่ในระนาบเดียวกัน
2. สำหรับตัวกลางคู่หนึ่ง ๆ อัตราส่วนระหว่างค่า sin ของมุมตกกระทบ ในตัวกลางหนึ่งกับ
ค่า sin ของมุมหักเหในอีกตัวกลางหนึ่ง มีค่าคงที่เสมอ

การหักเหของแสงเกิดขึ้นได้ 2 แบบ คือ
1.การหักเหเข้าหาเส้นแนวฉาก เกิดขึ้นเมื่อ
- แสงเดินทางจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยไปสู่ตัวกลางที่มีความหนาแน่นมาก
หรือ - แสงเดินทางจากตัวกลางที่มีดัชนีหักเหน้อยไปสู่ตัวกลางที่มีดัชนีหักเหมาก
หรือ - แสงเดินทางจากตัวกลางที่มีความเร็วมากไปสู่ตัวกลางที่มีความเร็วน้อย
2. การหักเหออกจากเส้นแนวฉาก เกิดขึ้นเมื่อ
- แสงเดินทางจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากไปสู่ตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อย
หรือ - แสงเดินทางจากตัวกลางที่มีดัชนีหักเหมากไปสู่ตัวกลางที่มีดัชนีหักเหน้อย

หรือ - แสงเดินทางจากตัวกลางที่มีความเร็วน้อยไปสู่ตัวกลางที่มีความเร็วมาก

การหักเหของแสง (เบนเข้า)

การหักเหของแสง(เบนออก)