เมื่อคลื่นกระทบสิ่งกีดขวางและเกิดการสะท้อนข้อใดกล่าวถูกต้อง

กฎการสะท้อนของคลื่นมีนิยามว่าอะไร?

อืมม กฎการสะท้อนของคลื่นเนี่ยนะ จำได้ตอนเรียนฟิสิกส์ ม.4 ที่โรงเรียนสตรีวิทยา 2 ปีที่แล้ว อาจารย์เค้าอธิบายยากมากกก แต่พอทำแล็บ ถึงได้เข้าใจจริงๆ จำได้เลย วันนั้นอากาศร้อนมากกกกก เหงื่อท่วมตัว ห้องแล็บก็เล็ก อัดกันแน่น เพื่อนๆ ก็โวยวายกันไป เรื่องการจัดกลุ่มทำแล็บอีก วุ่นวายไปหมด

แต่พอเริ่มทดลองจริงๆ ก็สนุกดีนะ ใช้เลเซอร์สีแดง ส่องไปที่กระจก แล้วก็วัดมุม ใช้โปรแทรกเตอร์ แบบเก่าๆ เลย แบบวงกลม ไม่ใช่แบบดิจิตอล ตอนนั้นวัดไปวัดมา ก็ได้ค่ามุมตกกระทบ กับมุมสะท้อน มันใกล้เคียงกันมากกก คือ θi=θr นั่นแหละ แล้วก็เห็นชัดๆ เลยว่า รังสีตกกระทบ เส้นปกติ รังสีสะท้อน มันอยู่ในระนาบเดียวกันจริงๆ

• มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน (θi = θr)
• รังสีตกกระทบ เส้นปกติ และรังสีสะท้อน อยู่ในระนาบเดียวกัน

คือมันง่ายกว่าที่คิดไว้เยอะเลย ตอนแรกคิดว่าจะยาก แต่พอได้ลองทำเอง เข้าใจขึ้นเยอะเลย จำได้แม่นเลย เพราะมันยาก แต่พอทำได้ก็รู้สึกภูมิใจ

ปล. ตอนนี้เรียนจบแล้ว ไม่ได้แตะเรื่องฟิสิกส์มานานแล้วนะ แต่ยังจำได้อยู่ สงสัยสมองจะจำสิ่งที่ยากๆ ได้ดีกว่ามั้ง ฮ่าๆๆ

กฎการสะท้อนของคลื่น มีกี่ข้อ?

กลางคืนมันเงียบ… คิดอะไรได้เยอะเลยนะ

กฎการสะท้อนเหรอ… เหมือนเคยเรียนตอนเด็ก ๆ เลยอ่ะ

มีสองข้อใช่ไหม?

• ข้อแรก มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน (θi = θr) … อันนี้จำแม่นเลยนะ ตอนสอบก็ออกบ่อย องศาต้องเป๊ะ!
• ข้อสอง รังสีตกกระทบ เส้นปกติ และรังสีสะท้อน อยู่ในระนาบเดียวกัน … อันนี้แอบลืม ๆ ไปบ้างนะ แต่พอเห็นแล้วก็ อ๋อ ใช่ ๆ

เพิ่มเติมนะ:

เคยสงสัยเหมือนกันว่าทำไมต้องมีเส้นปกติด้วย… เหมือนเป็นเส้นสมมติที่ช่วยให้เราวัดมุมได้ง่ายขึ้น…

แล้วกฎพวกนี้มันใช้ได้กับคลื่นทุกชนิดเลยไหมนะ? แสง เสียง น้ำ… คิดแล้วปวดหัวจัง…

บางทีฟิสิกส์ก็เหมือนปรัชญา… สอนให้เรารู้จักโลก… แต่ก็ทำให้เราสับสนมากขึ้นด้วย…

การสะท้อนและการหักเหของคลื่นแตกต่างกันอย่างไร?

เที่ยงคืนกว่าแล้ว… นั่งคิดเรื่องคลื่นอยู่เนี่ย สะท้อนกับหักเห มันต่างกันยังไงนะ… อืม… เหมือนจะคล้ายๆ กัน แต่ไม่เหมือนกันซะทีเดียว

รู้สึกเหมือนตอนที่เราส่องกระจก แสงมันสะท้อนกลับมา เหมือนคลื่นกระแทกกำแพงแล้วเด้งกลับ ตัวกลางเดิม… กระจกก็เหมือนกำแพง แสงก็คือคลื่น… ยังอยู่ในอากาศเหมือนเดิม

แต่หักเห… นึกถึงตอนเอาหลอดดูดจุ่มลงในแก้วน้ำ หลอดดูดเหมือนหักงอ นั่นเพราะแสงผ่านตัวกลางต่างกัน จากอากาศลงไปในน้ำ… ความเร็วแสงเปลี่ยน เลยทำให้ดูเหมือนหักงอ… เมื่อกี้ลองเอาช้อนจุ่มลงในแก้วกาแฟ ก็เป็นเหมือนกัน…

• สะท้อน คือ เด้งกลับ ตัวกลางเดิม นึกถึงส่องกระจก
• หักเห คือ เปลี่ยนทิศทาง ตัวกลางต่างกัน ความเร็วเปลี่ยน นึกถึงหลอดในน้ำ

ตอนเย็นๆ ขับรถกลับบ้าน เห็นเงาสะท้อนของตึกบนผิวน้ำ นั่นก็สะท้อน… น้ำนิ่งๆ เหมือนกระจก ส่วนหักเห… ฝนตกเมื่อวาน เห็นรุ้งกินน้ำ นั่นก็หักเหของแสงผ่านละอองน้ำ… สวยดีนะ… ทำไมตอนนั้นเราไม่คิดถึงเรื่องพวกนี้ ดันมาคิดตอนดึกๆ เนี่ย

สมบัติของคลื่น… นอกจากสะท้อน หักเห ก็ยังมีแทรกสอดกับเลี้ยวเบนอีก จำได้ว่าเคยเรียนตอน ม.ปลาย แต่ตอนนี้ชักจะเลือนๆ แล้ว… พรุ่งนี้ต้องไปหาหนังสือฟิสิกส์มาอ่านซะหน่อยแล้ว…

การหักเหของคลื่นจะเกิดขึ้นเมื่อใด?

เอ่อ การหักเหของคลื่นอะนะ มันเกิดขึ้นตอนที่คลื่นมันเดินทางผ่านจากตัวกลางนึงไปอีกตัวกลางนึงอะ แบบจากน้ำตื้นไปน้ำลึกไง คลื่นมันก็จะเปลี่ยนทิศ

แล้วทำไมถึงเปลี่ยนทิศหรอ? ก็เพราะว่าความเร็วของคลื่นมันเปลี่ยนไปไง พอความเร็วเปลี่ยน ทิศทางมันก็เลยเปลี่ยนไปด้วย จบปิ๊ง!

• น้ำตื้นคลื่นช้า น้ำลึกคลื่นเร็วกว่า
• ยิ่งคลื่นทำมุมเฉียงๆ ตอนเจอรอยต่ออะ ยิ่งเห็นการหักเหชัดเลยนะ
• คิดง่ายๆ เหมือนรถที่ล้อข้างนึงวิ่งบนพื้นลื่น อีกข้างวิ่งบนพื้นขรุขระ รถก็ต้องเลี้ยวอะ
• แสงก็หักเหได้นะ เวลาแสงผ่านจากอากาศไปในน้ำอะ ลองสังเกตดูดิ
• อ่อ แล้วการหักเหเอาไปใช้ทำประโยชน์ได้หลายอย่างเลยนะ เช่น ทำเลนส์แว่นตาไรงี้
• ที่สำคัญคือ คลื่นต้องมีมุม ตอนเข้าตัวกลางใหม่ ไม่งั้นมันจะไม่หักเห มันจะแค่ช้าลงหรือเร็วขึ้นเฉยๆ!

การหักเหปริมาณใดไม่เปลี่ยนแปลง?

อ้าว! ถามมาแบบนี้เลยเหรอเนี่ย เรื่องแสงนี่มันช่างลึกลับซับซ้อนเหมือนใจบางคนเลยนะ (ล้อเล่นน้าาา)

จริงๆ แล้ว ที่ไม่เปลี่ยนแปลงก็คือ ความถี่ นั่นเอง! คิดง่ายๆ เหมือนเสียงเพลง ต่อให้คุณเอาลำโพงไปวางใต้น้ำ เสียงมันก็ยังความถี่เดิมอยู่ ไม่ใช่ว่าอยู่ๆ มันจะกลายเป็นเพลงเฮฟวีเมทัลไปซะงั้น (แหม ก็แค่เปรียบเทียบนะ)

แต่ความเร็วและทิศทางสิ… เปลี่ยนแปลงได้เรื่อยเลย! เหมือนชีวิตคนเราไง วันนี้ไปทางโน้น พรุ่งนี้ไปทางนี้ ความเร็วก็แล้วแต่ช่วงจังหวะ บางทีก็ไว บางทีก็ช้า (ชีวิตมันก็งี้แหละเนอะ)

• ความถี่ (Frequency): คงที่เสมอ เหมือนรักแท้ที่ไม่มีวันจางหาย (เอ๊ะ หรือเปล่า?)
• ความเร็ว (Velocity): เปลี่ยนไปตามตัวกลาง เหมือนอารมณ์คนเรา ขึ้นๆ ลงๆ
• ทิศทาง (Direction): เปลี่ยนไปตามการหักเห เหมือนเส้นทางชีวิต มีทางแยกเยอะแยะ

ปีนี้ (2566) ก็ยังคงเป็นความจริงอยู่ เรื่องแสงนี่ มันเป็นกฎของฟิสิกส์ ไม่ใช่เรื่องเล่นๆ นะ ถ้าอยากรู้ลึกกว่านี้ ลองไปค้นคว้าเพิ่มเติมดู อาจจะเจออะไรที่น่าสนใจกว่านี้ก็ได้ (เช่น ไปเจอคนที่ใช่ ก็เป็นไปได้นะ!)

มุมตกกระทบ และ มุมหักเห แตก ต่าง กัน อย่างไร?

เอ้า! มุมตกกระทบกับมุมหักเหเนี่ยนะ ต่างกันยังไง? ง่ายนิดเดียว! คิดซะว่าแสงเป็นลูกบอลเด้งๆ

• มุมตกกระทบ: คือมุมที่ลูกบอลแสงวิ่งมาชนกับพื้นผิว โคตรเท่เลยใช่ป่ะ? เหมือนนักฟุตบอลกำลังจะยิงประตู!

• มุมหักเห: คือมุมที่ลูกบอลแสงเด้งออกไป ถ้าพื้นผิวมันเรียบๆ เด้งตรงๆ แต่ถ้าพื้นผิวมันแปลกๆ ลูกบอลก็เด้งไปมุมอื่น อย่างกับโดนเด็กแกล้ง!

ถ้าแสงวิ่งจากอากาศ(เบา) ไปชนพลาสติก(หนัก) มันก็จะเด้งเข้าไปในพลาสติกมุมแคบๆ มุมตกกระทบจะมากกว่ามุมหักเห เหมือนคนอ้วนวิ่งชนคนผอม คนผอมก็หลบง่ายๆไง

แต่ถ้าแสงวิ่งจากพลาสติก(หนัก) ออกมาสู่อากาศ(เบา) โอ้โห! มันจะเด้งออกไปมุมกว้างมากกกกกกก มุมตกกระทบจะน้อยกว่ามุมหักเห เหมือนคนผอมวิ่งชนคนอ้วน คนอ้วนกระเด็นไปไกลเลย!

ปีนี้ผมไปเจอปรากฏการณ์นี้ที่ทะเล เห็นแสงแดดส่องลงน้ำ สวยมาก! แถมยังได้กินปูผัดผงกะหรี่ร้านประจำแถวบ้าน อร่อยเว่อร์!

• ความเร็วแสงเปลี่ยนไปตามตัวกลาง อย่างอากาศกับน้ำ มันเลยหักเหต่างกัน ปีนี้ผมลองทดลองใช้เลเซอร์ชี้ไปที่แก้วน้ำ สนุกดีนะ แต่ระวังตาด้วยล่ะ!
• กฏของสเนลล์อธิบายเรื่องนี้ได้อย่างแม่นยำ แต่ผมว่าอธิบายแบบลูกบอลเด้งมันง่ายกว่าเยอะ! (อันนี้ความเห็นส่วนตัวนะ)
• มุมวิกฤตก็มีส่วนเกี่ยวข้องด้วย แต่ขอข้ามไปก่อน เดี๋ยวจะงง หัวจะปวด!

กฎการสะท้อนกลับทั้งหมดคืออะไร?

แสงสะท้อนกลับหมด. เมื่อมุมตกกระทบเกินมุมวิกฤต. จำกัดแค่ตัวกลางที่มีดัชนีหักเหสูงกว่าสู่ต่ำกว่า. เหมือนติดกับดัก. แสงไม่มีทางหนี. กฎการสะท้อนธรรมดาก็ใช้ได้. มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน. ง่ายๆ แค่นี้.

• มุมตกกระทบ > มุมวิกฤต
• ดัชนีหักเหสูงไปต่ำ
• มุมตกกระทบ = มุมสะท้อน

เคยเห็นเพชรระยิบระยับไหม? นั่นแหละ การสะท้อนกลับหมด. ดัชนีหักเหเพชรสูง แสงเลยสะท้อนกลับภายในเยอะ. ปี 2024 เทคโนโลยีใยแก้วนำแสงก็ใช้หลักการนี้. ส่งข้อมูลด้วยแสง. เร็วกว่าเสียง. สะท้อนกลับหมดในใยแก้ว. ไม่รั่วไหล.

ดัชนีหักเห(Index of reflection)คืออะไร?

ดัชนีหักเห? แค่ อัตราส่วน ความเร็วแสงในสุญญากาศต่อความเร็วมันในตัวกลางอื่น จบนะ เข้าใจ๋?

• สูตร: n = c / v (n คือดัชนีหักเห, c คือความเร็วแสงในสุญญากาศ, v คือความเร็วแสงในตัวกลาง)
• ไร้มิติ: ไม่มีหน่วยวัด บอกแค่ “ช้าลง” กี่เท่า
• ขึ้นกับ: อุณหภูมิ, ความยาวคลื่น (แสงสีต่างกันหักเหไม่เท่ากัน)
• ตัวอย่าง: แก้ว > น้ำ > อากาศ (แสงช้าลงกว่า)

ถ้ายังไม่เข้าใจ ไปเรียนฟิสิกส์มาใหม่ซะ