ວັດສະດຸຟີຊິກສາດກ່ຽວກັບທັດສະນະທາງເລຂາຄະນິດ

ວັດສະດຸຟີຊິກສາດກ່ຽວກັບທັດສະນະທາງເລຂາຄະນິດ

ທັດສະນະທາງເລຂາຄະນິດແມ່ນສາຂາໜຶ່ງຂອງຟີຊິກທີ່ສຶກສາພຶດຕິກຳຂອງແສງໂດຍໃຊ້ວິທີການ "ລັງສີ". ໃນວິທີການນີ້, ແສງຖືກສົມມຸດວ່າເດີນທາງເປັນເສັ້ນຊື່, ສະທ້ອນເມື່ອມັນຕົກໃສ່ພື້ນຜິວທີ່ສະທ້ອນ, ແລະ ຫັກເຫເມື່ອມັນຜ່ານສອງສື່ທີ່ແຕກຕ່າງກັນ. ເຖິງແມ່ນວ່າແສງແມ່ນຄື້ນແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າໂດຍພື້ນຖານແລ້ວ, ທັດສະນະທາງເລຂາຄະນິດມີປະໂຫຍດຫຼາຍສຳລັບການອະທິບາຍປະກົດການປະຈຳວັນຫຼາຍຢ່າງ ແລະ ເປັນພື້ນຖານສຳລັບການເຮັດວຽກຂອງເຄື່ອງມືທາງສາຍຕາຕ່າງໆເຊັ່ນ: ແວ່ນຂະຫຍາຍ, ກ້ອງຖ່າຍຮູບ, ກ້ອງສ່ອງທາງໄກ, ກ້ອງຈຸລະທັດ ແລະ ກ້ອງສ່ອງທາງໄກ.

1. ແນວຄວາມຄິດພື້ນຖານຂອງທັດສະນະທາງເລຂາຄະນິດ

ໃນທັດສະນະທາງເລຂາຄະນິດ, ມີແນວຄວາມຄິດທີ່ສຳຄັນຫຼາຍຢ່າງຄື:

1. ລັງສີຂອງແສງ: ຕົວແທນຂອງທິດທາງການແຜ່ກະຈາຍຂອງແສງທີ່ແຕ້ມເປັນເສັ້ນຊື່.
2. ລຳແສງ: ການລວບລວມຂອງລັງສີແສງ. ລຳແສງສາມາດຂະໜານ, ມາບຽດກັນ, ຫຼື ອອກນອກ.
3. ຕົວກາງ: ສານຕົວກາງທີ່ແສງສະຫວ່າງແຜ່ລາມໄປໄດ້, ຕົວຢ່າງເຊັ່ນ ອາກາດ, ນໍ້າ, ແກ້ວ ຫຼື ພາດສະຕິກ.

ສົມມຸດຕິຖານຫຼັກຂອງທັດສະນະທາງເລຂາຄະນິດແມ່ນວ່າຄວາມຍາວຄື້ນຂອງແສງມີຂະໜາດນ້ອຍກວ່າຂະໜາດຂອງວັດຖຸທີ່ມັນພົວພັນນຳຫຼາຍ, ດັ່ງນັ້ນຄຸນສົມບັດຂອງຄື້ນເຊັ່ນ: ການແຊກແຊງ ແລະ ການຫັກເຫສາມາດຖືກລະເລີຍໄດ້ໃນກໍລະນີຫຼາຍທີ່ສຸດ.

2. ການສະທ້ອນແສງ (ການສະທ້ອນ)

ການສະທ້ອນແສງເກີດຂຶ້ນເມື່ອແສງຕົກໃສ່ໜ້າດິນ ແລະ ກັບຄືນສູ່ຕົວກາງເດີມ. ຕົວຢ່າງທີ່ງ່າຍທີ່ສຸດແມ່ນແສງທີ່ສະທ້ອນໂດຍກະຈົກ.

ກົດໝາຍວ່າດ້ວຍການສະທ້ອນ
ມີກົດເກນສອງຢ່າງຂອງການສະທ້ອນຄື:
1. ລັງສີຕົກกระทบ, ລັງສີສະທ້ອນ, ແລະ ເສັ້ນປົກກະຕິນອນຢູ່ໃນລະນາບດຽວ.
2. ມຸມຕົກกระทบ (i) ແມ່ນຄືກັນກັບມຸມສະທ້ອນ (r), ຄື:
\[
i = r
\]

ເສັ້ນປົກກະຕິແມ່ນເສັ້ນທີ່ຕັ້ງສາກກັບໜ້າດິນຢູ່ຈຸດທີ່ລັງສີຕົກ.

ປະເພດຂອງການສະທ້ອນ
- ການສະທ້ອນແບບປົກກະຕິ (ແບບ specular): ເກີດຂຶ້ນເທິງພື້ນຜິວທີ່ລຽບເຊັ່ນ: ກະຈົກ. ແສງທີ່ສະທ້ອນອອກມາແມ່ນປົກກະຕິ, ເຮັດໃຫ້ເກີດຮູບພາບທີ່ຊັດເຈນ.
- ການສະທ້ອນແບບກະຈາຍ: ເກີດຂຶ້ນເທິງພື້ນຜິວທີ່ຫຍາບເຊັ່ນ: ຝາ. ແສງສະທ້ອນໄປໃນທິດທາງຕ່າງໆ, ເຊິ່ງສົ່ງຜົນໃຫ້ເກີດຮູບພາບທີ່ຊັດເຈນ.

3. ກະຈົກຮາບພຽງ ແລະ ກະຈົກໂຄ້ງ

ກະຈົກຮາບພຽງ
ກະຈົກຮາບພຽງສ້າງຮູບພາບທີ່:
- ສະເໝືອນ (ບໍ່ສາມາດບັນທຶກພາບໄດ້ໃນໜ້າຈໍ),
- ຕັ້ງຊື່,
- ຂະໜາດດຽວກັນ,
- ແລະ ໄລຍະຫ່າງດຽວກັນຈາກກະຈົກກັບວັດຖຸ.

ຖ້າວັດຖຸມີໄລຍະຫ່າງ \(s\) ຈາກກະຈົກ, ຮູບພາບກໍ່ຈະມີໄລຍະຫ່າງ \(s' = s\) ຢູ່ຫລັງກະຈົກ.

ກະຈົກໂຄ້ງ ແລະ ກະຈົກນູນ
ກະຈົກໂຄ້ງມີສອງປະເພດຄື:

1. ກະຈົກໂຄ້ງ (ກະຈົກມາบรรจบ): ໜ້າຜິວສະທ້ອນແສງໂຄ້ງເຂົ້າພາຍໃນ. ສາມາດເກັບກຳລັງສີຂະໜານໄປຫາຈຸດໂຟກັສດຽວ.
2. ກະຈົກນູນ (ແຍກອອກຈາກກັນ): ໜ້າຜິວສະທ້ອນແສງໂຄ້ງອອກໄປທາງນອກ. ກະຈາຍລັງສີແສງອອກໄປ.

ຈຸດໂຟກັສ ແລະ ລັດສະໝີຂອງຄວາມໂຄ້ງ
ໃນກະຈົກໂຄ້ງມີສິ່ງຕໍ່ໄປນີ້ນຳໃຊ້:
\[
f = \frac{R}{2}
\]
ດ້ວຍ \( f \) ຈຸດສຸມ ແລະ \( R \) ລັດສະໝີຂອງຄວາມໂຄ້ງ.

ສົມຜົນກະຈົກໂຄ້ງ
ຄວາມສຳພັນລະຫວ່າງໄລຍະຫ່າງຂອງວັດຖຸ (s), ໄລຍະຫ່າງຂອງຮູບພາບ (s'), ແລະ ຈຸດສຸມ (f) ແມ່ນ:
\[
\frac{1}{f} = \frac{1}{s} + \frac{1}{s'}
\]

ການຂະຫຍາຍຮູບພາບ:
\[
M = \frac{ຊ'}{ຊ} = -ຊ'}{ຊ}
\]
ເຄື່ອງໝາຍລົບໝາຍເຖິງຮູບພາບປີ້ນກັບ (ສຳລັບຮູບພາບແທ້).

4. ການຫັກເຫຂອງແສງ

ການຫັກເຫຂອງແສງເກີດຂຶ້ນເມື່ອແສງຜ່ານຂອບເຂດຂອງສອງຕົວກາງທີ່ມີດັດຊະນີການຫັກເຫທີ່ແຕກຕ່າງກັນ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ທິດທາງການເດີນທາງຂອງມັນປ່ຽນໄປ. ຕົວຢ່າງ, ຫຼອດດູດເບິ່ງຄືວ່າ "ແຕກ" ເມື່ອວາງໄວ້ໃນຈອກນໍ້າ.

ດັດຊະນີການຫັກເຫ
ດັດຊະນີການຫັກເຫຂອງຕົວກາງຖືກກໍານົດໄວ້:
\[
n = \frac{c}{v}
\]
ບ່ອນທີ່ \(c\) ແມ່ນຄວາມໄວຂອງແສງໃນສູນຍາກາດ ແລະ \(v\) ແມ່ນຄວາມໄວຂອງແສງໃນຕົວກາງ.

ແສງ \(n\) ທີ່ໃຫຍ່ກວ່າ, ແສງຈະແຜ່ລາມຊ້າລົງໃນຕົວກາງ.

ກົດໝາຍຂອງ Snell
ການຫັກເຫໄດ້ຖືກອະທິບາຍໂດຍກົດໝາຍຂອງ Snell:
\[
n_1 \sin \theta_1 = n_2 \sin \theta_2
\]
ບ່ອນທີ່ \( \theta_1 \) ແມ່ນມຸມຂອງຈຸດຕົກ ແລະ \( \theta_2 \) ແມ່ນມຸມຂອງການຫັກເຫ.

ຖ້າແສງເຂົ້າຈາກຕົວກາງທີ່ມີຄວາມໜາແໜ້ນທາງສາຍຕາໜ້ອຍກວ່າ (ເຊັ່ນ: ອາກາດ) ເຂົ້າໄປໃນຕົວກາງທີ່ມີຄວາມໜາແໜ້ນທາງສາຍຕາຫຼາຍກວ່າ (ເຊັ່ນ: ແກ້ວ), ລັງສີຈະຫັກເຫໄປສູ່ເສັ້ນປົກກະຕິ. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ຈາກຕົວກາງທີ່ມີຄວາມໜາແໜ້ນຫຼາຍໄປຫາຕົວກາງທີ່ມີຄວາມໜາແໜ້ນໜ້ອຍກວ່າ, ລັງສີຈະຫັກເຫອອກຈາກເສັ້ນປົກກະຕິ.

5. ການສະທ້ອນພາຍໃນທັງໝົດ

ການສະທ້ອນພາຍໃນທັງໝົດເກີດຂຶ້ນເມື່ອແສງເດີນທາງຈາກຕົວກາງທີ່ມີຄວາມໜາແໜ້ນຫຼາຍໄປຫາຕົວກາງທີ່ມີຄວາມໜາແໜ້ນໜ້ອຍກວ່າ ແລະ ມຸມຕົກกระทบຫຼາຍກວ່າມຸມວິກິດ. ໃນສະພາບການນີ້, ແສງຈະບໍ່ຫັກເຫອອກໄປທາງນອກ, ແຕ່ຖືກສະທ້ອນອອກທັງໝົດ.

ມຸມວິກິດ (\( \theta_c \)) ຕອບສະໜອງ:
\[
\sin \theta_c = \frac{n_2}{n_1}
\]
ດ້ວຍ \( n_1 > n_2 \).

ການນຳໃຊ້ທີ່ສຳຄັນຂອງການສະທ້ອນພາຍໃນທັງໝົດແມ່ນຢູ່ໃນເສັ້ນໄຍແສງ ເຊິ່ງໃຊ້ສຳລັບການສື່ສານຂໍ້ມູນຄວາມໄວສູງ ແລະ ການກວດສອບພາຍໃນທາງການແພດ.

6. ເລນບາງ: ເລນນູນ ແລະ ເລນນູນ

ເລນແມ່ນວັດຖຸໃສທີ່ຫັກເຫແສງ. ໂດຍອີງໃສ່ຮູບຮ່າງຂອງມັນ:

1. ເລນນູນ (ເລນລວມ): ໜາຂຶ້ນຢູ່ກາງ, ເກັບກຳລັງສີຂະໜານກັບຈຸດໂຟກັສ.
2. ເລນໂຄ້ງ (ເລນທີ່ແຍກອອກຈາກກັນ): ເຮັດໃຫ້ບາງລົງຢູ່ທາງກາງ, ກະຈາຍແສງ.

ສົມຜົນເລນບາງ
ສຳລັບເລນທີ່ນຳໃຊ້ໄດ້:
\[
\frac{1}{f} = \frac{1}{s} + \frac{1}{s'}
\]
ຄ້າຍຄືກັບສົມຜົນກະຈົກ, ແຕ່ການຕີຄວາມໝາຍຂອງເຄື່ອງໝາຍ ແລະ ຕຳແໜ່ງຂອງຮູບພາບແມ່ນຂຶ້ນກັບປະເພດຂອງເລນ.

ການຂະຫຍາຍ:
\[
M = \frac{ຊ'}{ຊ} = \frac{ຊ'}{ຊ}
\]
ເຄື່ອງໝາຍຂະຫຍາຍສາມາດສະແດງຮູບພາບຕັ້ງຊື່ (ບວກ) ຫຼື ຮູບກັບຫົວ (ລົບ) ຂຶ້ນກັບຄວາມສອດຄ່ອງຂອງເຄື່ອງໝາຍທີ່ໃຊ້.

ພະລັງງານເລນ (ພະລັງງານເລນ)
ພະລັງງານເລນສະແດງອອກເປັນ diopters (D):
\[
P = \frac{1}{f}
\]
ດ້ວຍ \( f \) ເປັນແມັດ. ເລນທີ່ມີຄວາມຍາວໂຟກັສສັ້ນກວ່າຈະມີພະລັງງານຫຼາຍກວ່າ.

7. ການສ້າງເງົາໃນເຄື່ອງມືທາງສາຍຕາຕ່າງໆ

ທັດສະນະທາງເລຂາຄະນິດແມ່ນພື້ນຖານສຳລັບຄວາມເຂົ້າໃຈກ່ຽວກັບເຄື່ອງມືທາງສາຍຕາ:

- ແວ່ນຂະຫຍາຍ (loupe): ໃຊ້ເລນນູນເພື່ອສ້າງຮູບພາບທີ່ເສມືນ, ຕັ້ງຊື່ ແລະ ຂະຫຍາຍໃຫຍ່ຂຶ້ນ.
- ກ້ອງຖ່າຍຮູບ: ໃຊ້ເລນນູນເພື່ອສ້າງຮູບພາບທີ່ແທ້ຈິງທີ່ປີ້ນກັບກັນຢູ່ເທິງເຊັນເຊີ ຫຼື ຟີມ.
- ຕາຂອງມະນຸດ: ລະບົບທາງຊີວະພາບທີ່ສ້າງຮູບພາບຢູ່ເທິງຈໍປະສາດຕາ. ເລນຂອງຕາສາມາດຮອງຮັບ (ປ່ຽນໂຟກັສ) ສຳລັບວິໄສທັດໄລຍະໄກ ແລະ ວິໄສທັດໃກ້.
- ແວ່ນຕາ: ເລນທີ່ໃຊ້ເພື່ອແກ້ໄຂຂໍ້ບົກຜ່ອງຂອງຕາ. ອາການສາຍຕາສັ້ນ (Myopia) ໄດ້ຮັບການແກ້ໄຂດ້ວຍເລນໂຄ້ງ, ໃນຂະນະທີ່ອາການສາຍຕາຍາວ (Hyperopia) ໄດ້ຮັບການແກ້ໄຂດ້ວຍເລນໂຄ້ງ.
- ກ້ອງຈຸລະທັດ ແລະ ກ້ອງສ່ອງທາງໄກ: ໃຊ້ການປະສົມປະສານຂອງເລນເພື່ອຂະຫຍາຍວັດຖຸຂະໜາດນ້ອຍ ຫຼື ວັດຖຸທີ່ຢູ່ໄກ.

Penutup

ທັດສະນະທາງເລຂາຄະນິດໃຫ້ຂອບການເຮັດວຽກທີ່ງ່າຍດາຍແຕ່ມີປະສິດທິພາບສຳລັບການສຶກສາປະກົດການແສງ, ໂດຍສະເພາະແມ່ນການສະທ້ອນແລະການຫັກເຫ. ໂດຍການເຂົ້າໃຈກົດເກນຂອງການສະທ້ອນ, ກົດເກນຂອງ Snell, ຄຸນສົມບັດຂອງກະຈົກແລະເລນ, ແລະແນວຄວາມຄິດຂອງການໂຟກັດແລະການຂະຫຍາຍ, ພວກເຮົາສາມາດອະທິບາຍການເຮັດວຽກຂອງອຸປະກອນທາງແສງຫຼາຍຢ່າງທີ່ມີຄວາມສຳຄັນຕໍ່ຊີວິດທີ່ທັນສະໄໝ. ເຖິງແມ່ນວ່າທັດສະນະທາງເລຂາຄະນິດບໍ່ໄດ້ເຈາະເລິກເຂົ້າໄປໃນລັກສະນະຄື້ນຂອງແສງ, ແຕ່ມັນຍັງຄົງເປັນພື້ນຖານພື້ນຖານສຳລັບການສຶກສາຟີຊິກແລະເຕັກໂນໂລຢີທີ່ອີງໃສ່ແສງ. ຄວາມເຂົ້າໃຈທີ່ດີກ່ຽວກັບທັດສະນະທາງເລຂາຄະນິດຊ່ວຍໃຫ້ເຂົ້າໃຈຫົວຂໍ້ຂັ້ນສູງເຊັ່ນ: ທັດສະນະທາງກາຍະພາບ, ການແຊກແຊງ, ການຫັກເຫ, ແລະໂພລາໄລເຊຊັນ.