แสงหักเหมีกฎอะไรบ้าง

แสงหักเหเนี่ย... เคยสงสัยมั้ยว่ามันมีกฎเกณฑ์อะไรบ้าง? แบบว่าทำไมเวลาเรามองลงไปในน้ำแล้วเหมือนวัตถุมันเบี้ยวๆ ผิดตำแหน่งไป? จริงๆ แล้วมันมีกฎอยู่ แถมยังจำง่ายกว่าที่คิดด้วยนะ!

เอางี้... ลองนึกภาพแสงเป็นเหมือนลูกบอลที่กลิ้งไปชนกำแพงเอียงดู มันก็จะเด้งออกไปอีกทางใช่มั้ย? แสงก็คล้ายๆ กัน แต่แทนที่จะเด้ง มันจะ "หักเห" เปลี่ยนทิศทางไปเลย

กฎข้อแรก ง่ายมากกกกก เส้นปกติ, รังสีตกกระทบ, รังสีหักเห มันจะอยู่ในระนาบเดียวกันหมด เหมือนเราวาดเส้นสามเส้นบนกระดาษแผ่นเดียวกัน นึกภาพออกป่ะ?

ส่วนกฎข้อที่สอง เรียกว่า "กฎของสเนลล์" อันนี้ฟังดูยากหน่อย แต่จริงๆ แค่บอกว่า มุมตกกระทบกับมุมหักเหนี่ย มันสัมพันธ์กันผ่านดัชนีหักเหของตัวกลาง สูตรมันก็ n₁sinθ₁ = n₂sinθ₂ อย่าเพิ่งตกใจกับสูตรนะ! จำไว้แค่ว่า n คือดัชนีหักเห θ คือมุม แค่นั้นเอง (บางทีก็แอบงงเหมือนกันนะว่าใครเป็นคนตั้งสูตรพวกนี้ขึ้นมาเนี่ย!)

มีตัวอย่างง่ายๆ ให้เห็นภาพนะ สมมุติเรามองหลอดดูดในแก้วน้ำ ส่วนที่จมอยู่ในน้ำมันดูเหมือนหักงอใช่มั้ย? นั่นแหละแสงหักเห! น้ำมีความหนาแน่นมากกว่าอากาศ ดัชนีหักเหก็เลยมากกว่า แสงเลยหักเหเข้าหาเส้นปกติ (เคยลองทำการทดลองตอนเด็กๆ เหมือนกันนะ สนุกดี)

อีกอย่างที่น่าสนใจคือ ความหนาแน่นกับดัชนีหักเหนี่ ยิ่งความหนาแน่นมาก ดัชนีหักเหก็ยิ่งมากตาม ถ้าแสงเดินทางจากตัวกลางบางๆ ไปตัวกลางหนาๆ (แบบจากอากาศไปน้ำ) มันจะหักเหเข้าหาเส้นปกติ θ₂ จะน้อยกว่า θ₁ แต่ถ้ากลับกัน จากหนาๆ ไปบางๆ θ₂ จะมากกว่า θ₁ มันจะหักเหออกจากเส้นปกติ

ลองนึกภาพว่าเราวิ่งจากพื้นทรายไปลงน้ำ ขาเราก็จะชะลอลง เหมือนแสงที่วิ่งช้าลงในตัวกลางที่หนาแน่นกว่า แล้วทิศทางก็เปลี่ยนไปด้วย ประมาณนั้นแหละ! จำง่ายๆ แบบนี้ก็ได้ ไม่ต้องจำสูตรเป๊ะๆ ก็เข้าใจได้ (แอบบอกเลยว่าบางทีเราก็จำสูตรไม่ค่อยได้เหมือนกัน 555)