PhysicsSK: 2010

วันพฤหัสบดีที่ 30 ธันวาคม พ.ศ. 2553

ค่าดรรนีหักเหของตัวกลาง (Refractive index-n) กับการหักเหของคลื่นแสง

ดรรชนีหักเหของวัสดุ คืออัตราส่วนที่ความเร็วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าลดลงภายในวัสดุชนิดนั้น (เทียบกับความเร็วในสุญญากาศ) ความเร็วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในสุญญากาศ

c

นั้นคงที่เสมอและมีค่าประมาณ 3×10⁸ เมตรต่อวินาที ถ้าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่หนึ่งมีความเร็วเท่ากับ

v

ในตัวกลาง
ให้ดรรชนีหักเหของตัวกลางที่ความถี่นั้นมีค่าเท่ากับ

$n =\frac{c}{v}$

ตัวเลขดรรชนีหักเหนั้นโดยทั่วไปมีค่ามากกว่าหนึ่ง โดยยิ่งวัสดุมีความหนาแน่นมากเท่าไหร่แสงก็จะเดินทางได้ช้าลงเท่านั้น

ถ้ารู้ดรรชนีหักเหของวัสดุสองชนิดที่ความถี่หนึ่งๆ เราสามารถคำนวณมุมที่หักเหที่ผิวระหว่างตัวกลางสองชนิดนั้นได้ด้วยกฎของสเนล (Snell's law)

หรือ

Ex.1 ฉายแสงสีหนึ่งผ่านเข้าไปในผลึกควอร์ตซ์ ดังรูป ปรากฏวัดอัตราเร็วของแสงในผลึกควอร์ตซ์ได้ 1.93 x 10⁸ m/s ถ้าแสงนี้เดินทางในสุญญากาศด้วยอัตราเร็ว 3 x 10⁸ m/s ดรรชนีหักเหของผลึกควอร์ตซ์สำหรับแสงนี้เป็นเท่าไร

วิธีทำ จาก n = c/v

n = 3 x 10⁸ = 1.554

1.93 x 10⁸

ดรรชนีหักเหของผลึกควอร์ตซ มี ค่า 1.554

Ex. 2 แสงเดินทางจากอากาศเข้าสู่ของเหลวทำมุมตกกระทบ 53 องศา เมื่อผ่านเข้าไปในของเหลวแล้วแสงเบี่ยงเบนเกิดมุหักเห 37 องศา จงคำนวณดรรชนีหักเหของของเหลว

วิธีทำ กำหนด มุมตกกระทบ =53 องศา : มุมหักเห = 37 องศา

จาก sinq1 = n2 : โดย q1 เป็นมุมตกกระทบในอากาศ

sin q2 n1 q2 เป็นมุมหักเหในของเหลว

n1 เป็นดรรชนีหักเหของอากาศ

n2 เป็นดรรชนีหักเหของของเหลว

sin53 = n2 ; 4/5 = n2

sin37 n1 3/5 1

n2 = 4/3

ดรรชนีหักเหของของเหลวมีค่า 1.33

แหล่งข้อมุล : http://th.wikipedia.org/

วันเสาร์ที่ 25 ธันวาคม พ.ศ. 2553

2012 จะเกิดพายุสุริยะโจมตีโลก

พายุสุริยะคืออะไร?

พายุ สุริยะคือกระแสของอนุภาคพลังงาน สูงที่พัดมาจากดวงอาทิตย์ด้วยปริมาณและความเร็วสูงกว่าระดับปกติ อนุภาคนี้มีทั้งอิเล็กตรอนและโปรตอน เป็นตัวการทำให้เกิดแสงเหนือใต้ และพายุแม่เหล็ก ซึ่งส่งผลต่อดาวเทียม ยานอวกาศ และระบบสายส่งบนโลก

พายุสุริยะมีผลกระทบต่อโลกอย่างไร?

ปกติ พายุสุริยะจะไม่ ส่งผลโดยตรงต่อโลกและสิ่งมีชีวิตบนโลก เนื่องจากโลกมีบรรยากาศและสนามแม่เหล็กคุ้มกัน มีเพียงนักบินอวกาศที่ปฏิบัติหน้าที่อยู่ในอวกาศเท่านั้นที่อาจได้รับ อันตราย ทั้งจากพายุสุริยะและรังสีจากดวงอาทิตย์
ใน อดีต พายุสุริยะเคยสำแดงฤทธิ์เดชให้เห็นแล้วหลายครั้ง เช่น ใน ค.ศ. 1859 พายุสุริยะทำให้สายโทรเลขลัดวงจรจนทำให้เกิดเพลิงไหม้หลายแห่งในยุโรปและ อเมริกา ส่วนใน พ.ศ. 2532 พายุสุริยะก็เคยทำให้หม้อแปลงของไฟฟ้าระเบิดจนทำให้ไฟดับทั่วทั้งจังหวัด ควิเบกของแคนาดามาแล้ว นอกจากนี้ดาวเทียมและยานอวกาศที่อยู่ในอวกาศก็อาจเสียหายจากพายุสุริยะได้ ในอดีตเคยมีดาวเทียมหลายดวงเสียหายจากเหตุการณ์นี้มาแล้ว เนื่องจากปัจจุบันชีวิตประจำวันของผู้คนต้องพึ่งพาเทคโนโลยีอวกาศมาก ทั้งโทรศัพท์ โทรทัศน์ การกระจายเสียงวิทยุ ระบบบอกพิกัด ฯลฯ ดังนั้นหากมีพายุสุริยะมาทำให้ดาวเทียมเหล่านี้เสียหายไป ก็ย่อมส่งผลกระทบต่อชีวิตประจำวันของผู้คนอย่างแน่นอน

ในปี ค.ศ. 2012 จะเกิดพายุสุริยะโจมตีโลกจริงหรือ?

จริง

พายุ สุริยะเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นเกือบตลอดเวลา และส่งผลกระทบถึงโลก และมีระดับความรุนแรงผันแปรเป็นคาบ คาบละประมาณ 11 ปี คาบที่ชัดเจนนี้ทำให้นักดาราศาสตร์พยากรณ์ได้ว่าช่วงสูงสุดหรือต่ำสุดของ วัฏจักรสุริยะจะเกิดขึ้นเมื่อใด ช่วงสูงสุดของวัฏจักรที่จะเกิดในครั้งถัดไปคาดว่าจะอยู่ในช่วงกลาง ค.ศ. 2013
ช่วงสูงสุดของวัฏจักรสุริยะกิน เวลายาวนานข้ามปี ดังนั้นแม้ช่วงสูงสุดจะอยู่ใน ค.ศ. 2013 แต่พายุสุริยะก็เริ่มจะกระหน่ำโลกตั้งแต่ก่อน ค.ศ. 2012 แล้ว
แม้ ช่วงปี 2013 จะอยู่ในช่วงสูงสุดของวัฏจักรสุริยะ แต่พายุสุริยะที่จะเกิดขึ้น ก็ไม่ได้รุนแรงมากไปกว่าที่เคยเกิดขึ้นในรอบก่อน ซึ่งเกิดในราวปี ค.ศ. 2000, 1989, และก่อนหน้านั้น ความจริงมีแนวโน้มว่าช่วงสูงสุดของวัฏจักรที่จะมาถึงในปี 2013 จะอ่อนกำลังกว่าวัฏจักรก่อนหน้านี้เสียด้วยซ้ำ

ที่มา : วิมุติ วสะหลาย ( wimut@hotmail.com ) สมาคมดาราศาตร์ไทย http://thaiastro.nectec.or.th

Do you know Albert Einstein ?

ไอน์สไตน์ เกิดเมื่อวันที่ 14 มีนาคม ปี คศ. 1879 ที่เมืองอูล์ม ทางตอนใต้ของประเทศเยอรมันนี บิดาของไอน์สไตน์เป็นชาวยิว มีชีวิตในวัยเด็กเหมือนเด็กทั่วไป
มีการกล่าวกันว่าจุดที่ทำให้ไอน์สไตน์มาสนใจวิทยาศาสตร์อย่างมากคือเข็มทิศ ในขณะนั้นเขามีอายุได้ 5 ปี และกำลังนอนป่วยอยู่บนเตียง บิดาได้นำเข็มทิศมาให้เล่น เขาใส่ใจและสนใจอยากรู้ว่าทำไมเข็มทิศจึงชี้ไปทางทิศเหนือ และตั้งแต่นั้นมาเขาเริ่มสนใจทางคณิตศาสตร์และฟิสิกส์

หนังสือเรขาคณิตเป็นหนังสือที่เขาโปรดปรานมาก เขาศึกษาเรขาคณิตจากหนังสือของยูคลิด อายุเพียง 12 ปี เขาทำความเข้าใจในเรื่องเรขาคณิตของยูคลิดเป็นอย่างดี ครั้งเมื่อเติบโตขึ้นจนอายุเข้า 16 ปี เขาก็สามารถเรียนรู้หลักการทางคณิตศาสตร์ชั้นสูงหลายอย่าง เช่น วิชาการแคลคูลัส และดิฟเฟอเรนเชียน การอินทิกรัล และกฎของนิวตัน ตลอดจนหลักการทางฟิสิกส์อีกมากมาย
วันหนึ่งในวัยเรียนหนังสือเขามองดูท้องฟ้า และจินตนาการว่าถ้าตัวเขาวิ่งไล่ตามแสงด้วยความเร็วเท่ากับแสงแล้วอะไรจะเกิดขึ้น เขาจะมองเห็นแสงหรือไม่ ถ้าไล่ตามแสงด้วยความเร็วเท่ากับแสง ความเร็วสัมพันธ์ของแสงจะเท่ากับศูนย์หรือไม่ ถ้าแสงหยุดชงัก มันก็จะไม่มาถึงตาเรา วัตถุทั้งหลายก็จะหายไป สิ่งนี้ทำให้เขาขบคิดอยู่ตลอดมา
อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์

             ต่อมาเขาได้เข้ามหาวิทยาลัย และเลือกเรียนวิชาฟิสิกส์เป็นวิชาเอก เขาสนใจในวิชาฟิสิกส์อย่างมาก เขาได้มีโอกาสศึกษาวิชาฟิสิกส์ของผู้ยิ่งใหญ่ที่ผ่านมาหลายคน จนใน ปี คศ. 1900 เขาสำเร็จการศึกษาจากมหาวิทยาลัยและได้สิทธิการเป็นพลเมืองสวิส หลังจากนั้นได้มีโอกาสทำการวิจัยที่หน่วยงาน จดทะเบียนลิขสิทธิ์สิ่งประดิษฐ์ที่เบิร์น ประเทศสวิสเซอร์แลนด์ จากการทำวิจัยในวัยหนุ่มของเขานี้เอง ทำให้เขาได้พบกับทฤษฎีสำคัญยิ่ง สามทฤษฎีคือ ทฤษฎีปรากฎการณ์โฟโตอิเล็กตริก การเคลื่อนที่แบบบราวเนียน และทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ
             ในปี คศ. 1909 มหาวิทยาลัยชูริกได้เชิญเขาเป็นอาจารย์และต่อมาได้รับแต่งตั้งให้เป็นศาสตราจารย์ และได้ทำการสอนในอีกหลายมหาวิทยาลัย เช่น มหาวิทยาลัยปราก มหาวิทยาลัยโปลิเทคนิคแห่งสวิส มหาวิทยาลัยเบอร์ริช และไอน์สไตน์ยังได้แสดงให้เห็นถึงอิทธิพลที่ทำให้เกิดการดึงดูดที่มีต่อการเดินทางของแสง ซึ่งเป็นการแสดงให้เห็นว่าแสงเป็นอนุภาคซึ่งเป็นสิ่งที่โต้แย้งมานานว่า แสงเป็นอนุภาคหรือเป็นคลื่น การสรุปครั้งนี้ทำให้ทราบว่าแสงเป็นทั้งอนุภาคและคลื่น
             ในปี คศ.1922 ไอน์สไตน์ได้รับรางวัลในสาขาฟิสิกส์ ต่อมาในปี คศ.1933 ขณะที่เขามีอายุ 54 ปี ที่เยอร์มัน นาซีได้ยึดอำนาจการปกครอง ไอน์สไตน์จึงหลบออกจากเยอรมัน เข้าเป็นสมาชิกของศูนย์วิทยาศาสตร์ชั้นสูงของอเมริกา และใช้ชีวิตที่เหลือทั้งหมดในสหรัฐอเมริกา
             เมื่อเกิดสงครามโลกครั้งที่สอง มีข่าวคราวว่าเยอรมันนีกำลังพัฒนาระเบิดปรมาณู ไอน์สไตน์กลัวว่าเยอรมันนีจะพัฒนาระเปิดปรมาณูได้ก่อน จึงทำจดหมายถึงประธานาธิบดีโรสเวลท์เสนอให้ศึกษาการพัฒนาระเบิดปรมาณู
             ขณะที่อเมริกากำลังพัฒนาระเปิดปรมาณู โดยใช้ชื่อโครงการว่าแมนฮัตตัน ในปี 1940 ไอน์สไตน์ได้ปฏิเสธที่จะร่วมในองค์กรพัฒนาระเบิดปรมาณู แต่การพัฒนาระเบิดก็ทำได้สำเร็จ และนำมาทิ้งที่ฮิโรชิมาและนางาซากิ
             ชีวิตในปั้นปลาย ไอน์สไตน์ได้รณรงค์เรื่องการต่อต้านการผลิตอาวุธนิวเคลียร์ เขาเสียชีวิตที่พรินซ์ตัน ในปี คศ. 1955 ขณะที่มีอายุได้ 76 ปี

ที่มา : รศ. ยืน ภู่วรวรรณ, สำนักบริการคอมพิวเตอร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

วันจันทร์ที่ 20 ธันวาคม พ.ศ. 2553

การคำนวณการหักเหของคลื่น

การหักเห (refraction)     เมื่อคลื่นเคลื่อนที่ผ่านจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลางหนึ่ง ที่ทำ ให้อัตราเร็ว และความยาวคลื่นเปลี่ยนแปลงไป โดยความถี่คงเดิม
    ในการคำนวณเรื่องการหักเหสามารถใช้สมการดังต่อไปนี้

Snell’s law and Refraction of wave

Snell's Law describes the relationship between the angles and the velocities
                      of the waves.
                      Snell's law equates the ratio of material velocities V₁ and V₂ to the ratio of
                      the sine's of incident (Q₁) and refracted (Q₂) angles,
                      as shown in the following equation

แหล่งข้อมูล :

http://www.ndt-ed.org/EducationResources/CommunityCollege/Ultrasonics/Physics/refractionsnells.htm

Refraction of wave

           รูปแสดง การหักเหของคลื่นจากบริเวณน้ำลึกไปสู่น้ำตื้น ส่งผลให้
                   1. รังสีคลื่นและหน้าคลื่นเปลี่ยนทิศทาง
                   2. ความยาวคลื่นสั้นลง

          แหล่งข้อมูล : http://www.physicsclassroom.com/class/waves/u10l3b.cfm

คลังบทความของบล็อก