วิทยาศาสตร์น่ารู้ การทดลองวิทยาศาสตร์ เรื่อง น้ำนำแสง

น้ำนำแสง

วิทยาศาสตร์น่ารู้ การทดลองวิทยาศาสตร์ เรื่อง น้ำนำแสง

รู้จักเส้นใยแก้วนำแสงไหม?
           เส้นใยแก้วเป็นเส้นใยที่ทำจากแก้วบริสุทธิ์และส่งสัญญาณแสงได้ เมื่อส่องแสงไปที่ปลายของเส้นใยแก้วนำแสง แสงจะสามารถเดินทางภายในเส้นใยแก้วและถูกส่งออกมาอีกด้านหนึ่งได้ ซึ่งเป็นคุณสมบัติอย่างหนึ่งของแสงกับวัสดุ ประโยชน์ที่เราพบเห็นได้ในชีวิตประจำวันคือการส่งข้อมูลได้จำนวนมาก เช่นสายอินเทอร์เน็ต นอกจากวัสดุที่เป็นแก้วแล้ว แสงยังสามารถเดินทางในน้ำเปล่า ด้วยหลักการวิทยาศาสตร์เดียวกัน เรามาทำการทดลองเพื่อเรียนรู้หลักการการสะท้อนของแสงระหว่างพื้นผิวของวัสดุ โปร่งแสง 2 ชนิด

อุปกรณ์
1. ไฟฉาย
2. ขวดน้ำพลาสติกใส
3. น้ำเปล่า
4. กรรไกรหรือสิ่งที่เจาะรูกลมได้

วิธีทดลอง
1. เจาะรูกลมเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 1 เซนติเมตรบริเวณใกล้กับฐานขวด
2. จากนั้นใช้นิ้วอุดรูไว้ และเติมน้ำให้สูงกว่ารู
3. ใช้ไฟฉายส่องด้านหลังขวดบริเวณตรงข้ามกับรู
4. เอานิ้วออกจากรูและใช้มืออีกข้างรับน้ำที่ไหลออกมาจากรู
5. สังเกตบริเวณปลายสุดของน้ำที่ไหลออกมา

             จากการทดลอง เมื่อเราส่องแสงไปในน้ำ แสงสามารถเดินทางมาตามลำน้ำได้จนถึงปลายทางของน้ำ ตามหลักการวิทยาศาสตร์กล่าวว่า แสงเดินทางเป็นเส้นตรง แต่ในการทดลองนี้ ถึงแม้ว่าสายน้ำจะโค้งแต่แสงก็เดินทางมาตามน้ำมาได้ เพราะเหตุใดแสงจึงเดินทางตามน้ำที่โค้งได้?
            จริงๆ แล้วแสงยังเดินทางเป็นเส้นตรงจากอากาศ และสะท้อนออกมาเป็นเส้นตรงเมื่อตกบนพื้นผิว เช่นน้ำ ซึ่งบางส่วนของแสงจะสะท้อนกลับ และเนื่องจากน้ำโปร่งแสง แสงบางส่วนจึงสามารถเดินทางผ่านจากอากาศไปในน้ำได้ ในทางกลับกัน แสงที่เปล่งในน้ำสามารถเดินทางผ่านน้ำไปสู่อากาศได้ ดังลำแสงเส้นสีเขียวในรูปภาพนี้ (ลองทำการทดลอง “ลำแสงหักเห” จากเว็บไซต์ อพวช. หน้า “การทดลองวิทยาศาสตร์”)

             เมื่อแสงตกลงที่พื้นผิวระหว่างตัวกลางทั้งสอง ทำมุมเท่ากับหรือมากกว่า มุม θ ดั่งลำแสงสีแดงในรูปนี้ แสงทั้งหมดจะสะท้อนกลับเข้าตัวกลางเดิม ไม่สามารถผ่านพื้นผิวระหว่างสองตัวกลางได้ มุม θ หรือเรียกว่า มุมวิกฤตของแต่ละตัวกลางจะแตกต่างกัน ซึ่งปรากฏการณ์นี้คือการสะท้อนกลับหมด แสงในใยแก้วนำแสงและลำน้ำจึงสามารถสะท้อนกับพื้นผิวและเดินทางผ่านตัวกลาง ที่โค้งอยู่ และเปล่งออกมาอีกด้านหนึ่งได้