นานมาแล้ว ภาพลวงตา ร่างที่สั่นไหวในอากาศ ผู้คนตื่นตระหนกและหวาดกลัว ทุกวันนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้เปิดเผยความลับของธรรมชาติมากมาย รวมทั้งปรากฏการณ์ทางแสง พวกเขาไม่แปลกใจกับความลึกลับตามธรรมชาติซึ่งมีการศึกษามานานแล้ว ในโรงเรียนมัธยมศึกษาวันนี้ มีการสอนปรากฏการณ์ทางแสงในวิชาฟิสิกส์ในชั้นประถมศึกษาปีที่ 8 เพื่อให้นักเรียนทุกคนสามารถเข้าใจธรรมชาติของพวกเขาได้
แนวคิดพื้นฐาน
นักวิทยาศาสตร์สมัยโบราณเชื่อว่าตามนุษย์มองเห็นได้ด้วยการสัมผัสสิ่งของที่มีหนวดที่บางที่สุด เลนส์ในเวลานั้นคือการศึกษาการมองเห็น
ในยุคกลาง ทัศนศาสตร์ศึกษาแสงและสาระสำคัญ
วันนี้ ทัศนศาสตร์เป็นส่วนหนึ่งของฟิสิกส์ที่ศึกษาการแพร่กระจายของแสงผ่านสื่อต่างๆ และปฏิสัมพันธ์กับสารอื่นๆ ทุกประเด็นที่เกี่ยวข้องกับการมองเห็นได้รับการศึกษาโดยทัศนศาสตร์ทางสรีรวิทยา
ปรากฏการณ์ทางแสงเป็นการสำแดงของการกระทำที่หลากหลายที่เกิดจากรังสีของแสง พวกมันถูกศึกษาด้วยทัศนศาสตร์ของบรรยากาศ
กระบวนการที่ผิดปกติในบรรยากาศ
ดาวเคราะห์โลกล้อมรอบด้วยเปลือกก๊าซที่เรียกว่าชั้นบรรยากาศ ความหนาของมันคือหลายร้อยกิโลเมตร ใกล้ชิดโลกมากขึ้นบรรยากาศจะหนาแน่นขึ้นในทิศทางขึ้นไปจะเบาบาง คุณสมบัติทางกายภาพของเปลือกบรรยากาศมีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ชั้นต่างๆ ผสมกัน เปลี่ยนอุณหภูมิ ความหนาแน่น ความโปร่งใส
แสงส่องจากดวงอาทิตย์และวัตถุท้องฟ้าอื่นๆ มายังโลก พวกมันผ่านชั้นบรรยากาศของโลกซึ่งทำหน้าที่เป็นระบบแสงเฉพาะสำหรับพวกมันโดยเปลี่ยนลักษณะของมัน รังสีของแสงสะท้อน กระจัดกระจาย ทะลุผ่านชั้นบรรยากาศ ให้แสงสว่างแก่โลก ภายใต้เงื่อนไขบางประการเส้นทางของรังสีจะโค้งงอปรากฏการณ์ต่างๆจึงเกิดขึ้น นักฟิสิกส์พิจารณาปรากฏการณ์ทางแสงที่เป็นต้นฉบับมากที่สุด:
- พระอาทิตย์ตกดิน;
- ปรากฎตัวของสายรุ้ง;
- แสงเหนือ;
- มิราจ;
- รัศมี.
เรามาดูกันดีกว่า
รัศมีรอบดวงอาทิตย์
คำว่า "รัศมี" ในภาษากรีกแปลว่า "วงกลม" ปรากฏการณ์ทางแสงอะไรที่รองรับ?
รัศมีเป็นกระบวนการหักเหและการสะท้อนของรังสีที่เกิดขึ้นในผลึกเมฆในชั้นบรรยากาศสูง ปรากฏการณ์นี้ดูเหมือนแสงจ้าใกล้ดวงอาทิตย์ ถูกจำกัดด้วยช่วงมืด รัศมีมักจะก่อตัวก่อนพายุไซโคลนและอาจเป็นบรรพบุรุษของพวกมัน
หยดน้ำค้างในอากาศและทำเป็นทรงปริซึมที่ถูกต้องมีหกด้าน ทุกคนคุ้นเคยกับแท่งน้ำแข็งที่ปรากฏในชั้นบรรยากาศด้านล่าง ที่ด้านบนเข็มน้ำแข็งดังกล่าวตกลงไปในแนวตั้งอย่างอิสระ น้ำแข็งผลึกกำลังหมุนลงมาที่พื้นในขณะที่มีการจัดเรียงขนานกันสัมพันธ์กับโลก บุคคลกำหนดวิสัยทัศน์ผ่านคริสตัล ซึ่งทำหน้าที่เป็นเลนส์และหักเหแสง
ปริซึมอื่นๆ มีลักษณะแบนหรือดูเหมือนดาวที่มีรังสีหกตัว รังสีของแสงที่ตกลงมาบนคริสตัลอาจไม่เกิดการหักเหของแสงหรือพบกระบวนการอื่นๆ จำนวนหนึ่ง แทบจะไม่เกิดขึ้นเลยที่กระบวนการทั้งหมดจะมองเห็นได้ชัดเจน โดยปกติแล้วส่วนหนึ่งหรือส่วนอื่นของปรากฏการณ์จะปรากฏชัดเจนกว่า ในขณะที่ส่วนอื่นๆ นั้นแสดงได้ไม่ดี
รัศมีเล็กๆ คือ วงกลมรอบดวงอาทิตย์ โดยมีรัศมีประมาณ 22 องศา สีของวงกลมเป็นสีแดงจากด้านใน แล้วไหลเป็นสีเหลือง สีขาว และผสมกับท้องฟ้าสีฟ้า พื้นที่ด้านในของวงกลมมืด เกิดจากการหักเหของแสงในเข็มน้ำแข็งที่ลอยอยู่ในอากาศ รังสีในปริซึมเบี่ยงเบนเป็นมุม 22 องศา ดังนั้นรังสีที่ผ่านผลึกจะปรากฏต่อผู้สังเกตที่เบี่ยงเบนไป 22 องศา ดังนั้นภายในจึงดูมืด
สีแดงหักเหน้อยกว่า แสดงว่าเบี่ยงจากดวงอาทิตย์น้อยที่สุด ต่อไปเป็นสีเหลือง รังสีอื่นๆ ผสมกันจนกลายเป็นสีขาว
มีรัศมี 46 องศารอบรัศมี 22 องศา บริเวณด้านในยังเป็นสีแดงเนื่องจากแสงหักเหในเข็มน้ำแข็งที่หันไปทางดวงอาทิตย์ 90 องศา
รัศมี 90 องศาเป็นที่รู้จักกันว่าเรืองแสงจาง ๆ แทบไม่มีสีเลยหรือด้านนอกเป็นสีแดง นักวิทยาศาสตร์ยังไม่ได้ศึกษาความหลากหลายนี้อย่างเต็มที่
รัศมีรอบดวงจันทร์และพันธุ์อื่นๆ
ปรากฏการณ์ทางแสงนี้มักจะเห็นเมื่อมีเมฆแสงและน้ำแข็งผลึกขนาดเล็กจำนวนมากลอยอยู่บนท้องฟ้า คริสตัลแต่ละชนิดเป็นปริซึมชนิดหนึ่ง โดยพื้นฐานแล้วรูปร่างของพวกมันเป็นรูปหกเหลี่ยมยาว แสงเข้าสู่บริเวณผลึกด้านหน้าและออกจากส่วนตรงข้ามหักเห 22 องศา
ในฤดูหนาวจะเห็นรัศมีในอากาศเย็นใกล้โคมไฟถนน ปรากฏขึ้นจากแสงตะเกียง
รัศมีรอบดวงอาทิตย์สามารถก่อตัวขึ้นในอากาศที่เยือกแข็งด้วยหิมะ เกล็ดหิมะอยู่ในอากาศ แสงส่องผ่านก้อนเมฆ ในยามพระอาทิตย์ตกดิน แสงนี้จะเปลี่ยนเป็นสีแดง ในศตวรรษที่ผ่านมา คนเชื่อโชคลางต่างตกตะลึงกับปรากฏการณ์ดังกล่าว
รัศมีอาจดูเหมือนวงกลมสีรุ้งรอบดวงอาทิตย์ ปรากฏว่ามีหลายคริสตัลที่มีหกใบหน้าในบรรยากาศ แต่ไม่ได้สะท้อนกลับ แต่หักเหแสงของดวงอาทิตย์ รังสีส่วนใหญ่กระจัดกระจายไปไม่ถึงดวงตาของเรา รังสีที่เหลือจะไปถึงดวงตาของมนุษย์ และเราสังเกตเห็นวงกลมสีรุ้งรอบดวงอาทิตย์ รัศมีประมาณ 22 องศาหรือ 46 องศา
อาเท็จ
นักวิทยาศาสตร์สังเกตว่าวงกลมรัศมีสว่างกว่าที่ด้านข้างเสมอ สิ่งนี้อธิบายได้จากความจริงที่ว่ารัศมีแนวตั้งและแนวนอนมาบรรจบกันที่นี่ ดวงอาทิตย์ปลอมอาจปรากฏขึ้นที่ทางแยก สิ่งนี้เกิดขึ้นบ่อยครั้งโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อดวงอาทิตย์อยู่ใกล้ขอบฟ้า ซึ่ง ณ เวลานั้นเราจะไม่เห็นส่วนหนึ่งของวงกลมแนวตั้งอีกต่อไป
ดวงอาทิตย์จอมปลอมก็เป็นปรากฏการณ์ทางแสงเช่นกัน เป็นรัศมีชนิดหนึ่ง ปรากฏขึ้นเนื่องจากผลึกน้ำแข็งหกหน้า มีรูปร่างเหมือนเล็บ คริสตัลดังกล่าวลอยอยู่ในบรรยากาศในแนวตั้ง แสงหักเหที่ใบหน้าด้านข้าง
"ดวงอาทิตย์" ดวงที่สามยังสามารถก่อตัวขึ้นได้หากมองเห็นเพียงส่วนผิวของวงกลมรัศมีเท่านั้นที่มองเห็นได้เหนือดวงอาทิตย์ที่แท้จริง อาจเป็นส่วนของส่วนโค้งหรือจุดเรืองแสงของรูปร่างที่เข้าใจยาก บางครั้งดวงอาทิตย์ปลอมก็สว่างจนแยกไม่ออกจากดวงอาทิตย์ที่แท้จริง
สายรุ้ง
นี่คือปรากฏการณ์ทางแสงในบรรยากาศในรูปแบบของวงกลมที่ไม่สมบูรณ์ซึ่งมีสีต่างกัน
ศาสนาในสมัยโบราณถือว่ารุ้งเป็นสะพานจากสวรรค์สู่ดิน อริสโตเติลเชื่อว่ารุ้งปรากฏขึ้นเนื่องจากการสะท้อนของหยดแสงแดด ปรากฏการณ์ทางแสงใดที่ยังคงสามารถโปรดคนๆ หนึ่งได้มากเท่ากับสายรุ้ง
ในศตวรรษที่ 17 เดส์การตศึกษาธรรมชาติของรุ้งกินน้ำ ต่อมา นิวตันทดลองด้วยแสงและเสริมทฤษฎีเดส์การต แต่ไม่เข้าใจการก่อตัวของรุ้งหลายเส้น เนื่องจากไม่มีเฉดสีแต่ละสีอยู่ในนั้น
ทฤษฎีที่สมบูรณ์ของรุ้งนี้ถูกนำเสนอในศตวรรษที่ 19 โดยนักดาราศาสตร์จากอังกฤษ ดี. อีรี เขาเป็นคนที่สามารถเปิดเผยกระบวนการทั้งหมดของรุ้งได้ ทฤษฎีที่เขาพัฒนายังคงเป็นที่ยอมรับในปัจจุบัน
สายรุ้งปรากฏขึ้นเมื่อแสงตะวันกระทบม่านน้ำฝนในบริเวณท้องฟ้าตรงข้ามดวงอาทิตย์ จุดศูนย์กลางของรุ้งกินน้ำอยู่ที่จุดด้านไกลของดวงอาทิตย์ กล่าวคือ ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตามนุษย์ ส่วนโค้งของรุ้งคือส่วนหนึ่งของวงกลมรอบๆ จุดศูนย์กลางนี้
สีรุ้งเรียงตามลำดับ เขาเป็นคนคงที่สีแดงอยู่ที่ขอบด้านบน สีม่วงอยู่ด้านล่าง ระหว่างพวกเขา สีสันต่างๆ จะถูกจัดวางอย่างเข้มงวด รุ้งไม่มีสีที่มีอยู่ทั้งหมด ความเด่นของสีเขียวบ่งบอกถึงการเปลี่ยนแปลงไปสู่สภาพอากาศที่เอื้ออำนวย
ออโรร่าบอเรลลิส
นี่คือการเรืองแสงในชั้นแม่เหล็กชั้นบนของบรรยากาศอันเนื่องมาจากอิทธิพลร่วมกันของอะตอมและองค์ประกอบของลมสุริยะ ออโรรามักจะเป็นสีเขียวหรือสีน้ำเงิน โดยมีสีชมพูและสีแดง อาจอยู่ในรูปแบบของริบบิ้นหรือจุด การปะทุของพวกมันมักมาพร้อมกับเสียงที่ดัง
มิราจ
ภาพลวงตาธรรมดาๆ ที่ใครๆ ก็คุ้นเคย ตัวอย่างเช่น เมื่อขับบนแอสฟัลต์ที่มีความร้อน ภาพลวงตาจะปรากฏเป็นผิวน้ำ สิ่งนี้ไม่น่าแปลกใจสำหรับทุกคน ปรากฏการณ์ทางแสงใดที่อธิบายลักษณะที่ปรากฏของภาพลวงตา มาพูดถึงประเด็นนี้โดยละเอียดกันดีกว่า
มิราจเป็นปรากฏการณ์ทางกายภาพทางแสงในชั้นบรรยากาศ อันเป็นผลมาจากการที่ตามองเห็นวัตถุที่ซ่อนอยู่จากการมองเห็นภายใต้สภาวะปกติ เกิดจากการหักเหของลำแสงขณะไหลผ่านชั้นอากาศ วัตถุที่อยู่ห่างไกลอาจขึ้นหรือลงเมื่อเทียบกับตำแหน่งที่แท้จริง หรืออาจถูกบิดเบี้ยวและมีรูปร่างแปลกประหลาด
ผีแตก
นี่คือปรากฏการณ์ที่เงาของบุคคลซึ่งอยู่บนที่สูงในยามพระอาทิตย์ตกหรือพระอาทิตย์ขึ้นจะมีสัดส่วนที่เข้าใจยากเมื่อตกลงมาบนก้อนเมฆที่อยู่ใกล้เคียง นี่คือคำอธิบายการสะท้อนและการหักเหของแสงจากละอองน้ำในสภาพที่มีหมอกหนา ปรากฏการณ์นี้ตั้งชื่อตามความสูงของภูเขา Harz แห่งหนึ่งในเยอรมัน
ไฟเซนต์เอลโม่
เหล่านี้เป็นพู่กันเรืองแสงสีฟ้าหรือสีม่วงบนเสากระโดงเรือเดินทะเล แสงสามารถปรากฏบนภูเขาสูง บนอาคารที่มีความสูงน่าประทับใจ ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นเนื่องจากการคายประจุไฟฟ้าที่ปลายตัวนำเนื่องจากความตึงไฟฟ้าเพิ่มขึ้น
นี่คือปรากฏการณ์ทางสายตาที่พิจารณาในบทเรียนชั้นประถมศึกษาปีที่ 8 มาพูดถึงอุปกรณ์ออปติคัลกันเถอะ
การออกแบบในเลนส์
อุปกรณ์ออปติคัลเป็นอุปกรณ์ที่แปลงการแผ่รังสีของแสง โดยปกติอุปกรณ์เหล่านี้จะทำงานในที่แสงมองเห็นได้
อุปกรณ์ออปติคัลทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท:
- อุปกรณ์ที่ได้รับภาพบนหน้าจอ ได้แก่ กล้อง กล้องถ่ายภาพยนตร์ อุปกรณ์ฉายภาพ
- อุปกรณ์ที่โต้ตอบกับสายตามนุษย์แต่ไม่สร้างภาพบนหน้าจอ นี่คือแว่นขยาย กล้องจุลทรรศน์ กล้องโทรทรรศน์ อุปกรณ์เหล่านี้ถือเป็นภาพ
กล้องเป็นอุปกรณ์ออปโตแมคคานิกส์ที่ใช้เก็บภาพวัตถุบนแผ่นฟิล์ม การออกแบบตัวกล้องประกอบด้วยกล้องและเลนส์ที่ประกอบเป็นเลนส์ เลนส์สร้างภาพย่อส่วนกลับด้านของวัตถุที่ถ่ายด้วยฟิล์ม นี่เป็นเพราะการกระทำของแสง
ภาพจะมองไม่เห็นในตอนแรก แต่ต้องขอบคุณโซลูชันที่กำลังพัฒนา ภาพจึงมองเห็นได้ ภาพนี้มีชื่อว่าเชิงลบในนั้นที่สว่างดูมืดและในทางกลับกัน สร้างแง่บวกจากด้านลบบนกระดาษไวแสง การใช้โปรแกรมขยายรูปภาพ รูปภาพจะถูกขยาย
แว่นขยายคือเลนส์หรือระบบเลนส์ที่ออกแบบมาเพื่อขยายวัตถุขณะมองดู แว่นขยายวางอยู่ใกล้ตา โดยเลือกระยะห่างจากที่มองเห็นวัตถุได้ชัดเจน การใช้แว่นขยายขึ้นอยู่กับการเพิ่มมุมรับภาพจากการมองวัตถุ
หากต้องการกำลังขยายเชิงมุมมากขึ้น ให้ใช้กล้องจุลทรรศน์ ในอุปกรณ์นี้ กำลังขยายของวัตถุเกิดขึ้นเนื่องจากระบบออปติคัล ซึ่งประกอบด้วยเลนส์และเลนส์ใกล้ตา อย่างแรก มุมมองจะเพิ่มขึ้นตามเลนส์ ตามด้วยเลนส์ใกล้ตา
ดังนั้น เราได้พิจารณาปรากฏการณ์และอุปกรณ์ทางแสงหลัก ความหลากหลายและคุณสมบัติของมันแล้ว
