หลักการสะท้อนของแสง (Reflexion)

การสะท้อน (Reflexion) หมายถึง การที่หน้าคลื่นใดๆ เกิดการเปลี่ยนแปลงทิศทางการเคลื่อนที่ ณ บริเวณรอยต่อของตัวกลางสองชนิด ทำให้หน้าคลื่นนั้นๆ เคลื่อนที่กลับไปในทิศของตัวกลางชนิดแรก ตัวอย่างเช่น การสะท้อนของแสง คลื่นเสียง หรือ คลื่นน้ำโดยใช้กฎการสะท้อนในธรรมชาติของแสงนั้น เมื่อแสงเดินทางมาตกกระทบลงบนวัตถุจะทำให้เกิดมุมสองมุม คือมุมตกกระทบที่เกิดจากแสงตกกระทบมายังวัตถุ และเกิดมุมสะท้อนจากการสะท้อนของแสงกลับไปยังทิศของตัวกลางแรก ซึ่งมุมทั้งสองดังกล่าวนี้จะทำมุมกับเส้นตั้งฉากของวัตถุ โดยที่มุมตกกระทบจะมีขนาดเท่ากับมุมสะท้อนเสมอ

กระจกราบ (Plane Mirrors)

กระจกราบหรือกระจกเงา เป็นกระจกที่ประกอบขึ้นจากแผ่นแก้วฉาบโลหะ ซึ่งพื้นผิวบริเวณที่ฉาบโลหะบนแผ่นแก้วเป็นจุดที่ทำให้เกิดการสะท้อนของแสง โดยในธรรมชาตินั้นแสงจะไม่เกิดการสะท้อนกับพื้นผิวที่โปร่งแสง เช่น กระจกใส หรือ ผิวน้ำ เมื่อนำวัตถุใดๆ มาวางบริเวณหน้ากระจก จะเกิดการสะท้อนลำแสงเป็นจำนวนมากออกมาจากวัตถุ โดยที่แสงตกกระทบจะมีมุมตกกระทบขนาดเท่ากับมุมสะท้อน ทำให้เกิดการตัดกันของลำแสงเสมือนเกิดเป็นภาพเสมือนบริเวณหลังกระจก ได้ลักษณะภาพที่กลับซ้ายเป็นขวาและมีขนาดเท่ากับวัตถุ

การสะท้อนบนพื้นผิวขรุขระ (Diffuse Reflection)

การสะท้อนของแสง จะเกิดขึ้นเมื่อแสงเคลื่อนที่ไปตกกระทบบนพื้นผิววัตถุ แล้วสะท้อนกลับมายังทิศทางของตัวกลางแรก โดยแสงที่สะท้อนออกมานั้นจะเปลี่ยนแปลงตามลักษณะพื้นผิว ถ้าพื้นผิวเรียบจะให้แสงสะท้อนที่เป็นระเบียบ แต่ถ้าพื้นผิวขรุขระจะให้แสงสะท้อนที่กระจัดกระจาย ไม่เป็นระเบียบและเกิดการสะท้อนกลับออกไปในหลายทิศทาง ตัวอย่างเช่น เมื่อแสงตกกระทบลงบนถนนที่มีพื้นผิวแห้งและขรุขระ จะเกิดการสะท้อนแสงเข้ามายังตา แต่ตรงกันข้ามเมื่อแสงตกกระทบลงบนพื้นถนนที่เปียกไปด้วยน้ำ ผิวน้ำจะทำให้เกิดการสะท้อนบนผิวเรียบ แสงจากรถจึงสะท้อนไปยังหน้ารถเพียงอย่างเดียวและมีแค่ส่วนน้อยเท่านั้นที่สะท้อนเข้าตา จึงเป็นเหตุผลที่ทำให้การมองพื้นถนนที่เปียกหลังฝนตก มองเห็นได้ไม่ชัดเจน

กฎการสะท้อนของแสง (The Laws of Reflection)

1. รังสีตกกระทบ รังสีสะท้อน และเส้นปกติจะอยู่ในระนาบเดียวกัน
2. มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน

ลักษณะการสะท้อนของแสง

การสะท้อนของแสงสามารถแบ่งออกเป็น 3 ลักษณะ ดังนี้

• การสะท้อนปกติ คือการสะท้อนของแสงที่รังสีตกกระทบ รังสีสะท้อน และเส้นปกติ หรือเส้นแนวฉากอยู่บนระนาบเดียวกัน สามารถเกิดและให้ผลเหมือนกันบนวัตถุที่มีพื้นผิวเรียบ ทั้งลักษณะผิวราบและผิวโค้ง ตัวอย่างเช่น บนพื้นผิวกระจกเงา และพื้นผิวโลหะต่างๆ โดยที่การสะท้อนปกตินี้ มุมตกกระทบนั้นจะมีค่าเท่ากันกับมุมสะท้อนเสมอ

• การสะท้อนกระจาย เกิดขึ้นกับการสะท้อนของแสงลงบนวัตถุที่มีพื้นผิวขรุขระ ตัวอย่างเช่น ไม้ กระดาษ หรือวัตถุทึบแสงอื่นๆ ก็เกิดการสะท้อนแสงในรูปแบบเดียวกัน ซึ่งด้วยพื้นผิวของวัตถุที่ไม่เรียบและหยาบนี้จึงทำให้แสงที่สะท้อนนั้นกระจายออกไปในหลายทิศทาง เรียกการสะท้อนดังกล่าวว่า การสะท้อนกระจาย หากพิจารณาพื้นผิวเป็นบริเวณเล็กๆ จะพบว่าพื้นผิวขรุขระนั้นประกอบขึ้นจากพื้นผิวเรียบจำนวนมากที่ทำมุมเป็นองศาต่างๆกัน โดยที่มุมตกกระทบจะมีค่าเท่ากับมุมสะท้อนบริเวณตำแหน่งที่แสงตกกระทบเสมอ
• การสะท้อนกลับหมด คือการที่แสงวิ่งจากตัวกลางโปร่งแสงไปยังตัวกลางโปร่งใส สามารถอธิบายให้เข้าใจง่ายจากตัวอย่างของการที่แสงวิ่งจากแก้วไปยังอากาศ หากแสงบางส่วนสะท้อนกลับและบางส่วนทะลุจากแก้วออกไปยังอากาศ คือการที่แสงทำมุมตกกระทบมีค่าน้อยกว่า 42 องศา แต่ถ้ามุมที่ตกกระทบมีค่าเท่ากับ 42 องศา แสงทั้งหมดจะสะท้อนกลับคืนสู่แก้วโดยที่ไม่ออกไปยังอากาศเลย เรียกการสะท้อนลักษณะนี้ว่า การสะท้อนกลับหมด รอยต่อระหว่างตัวกลางคือแก้วกับอากาศนั้นให้การตกกระทบที่ทำให้แสงสะท้อนกลับหมด ซึ่งจะมีค่าขึ้นอยู่กับชนิดของตัวกลางที่ต่างกันไป อีกตัวอย่างคือการมองผ่านแผ่นกรองแสงสีต่างๆกัน ทำให้เห็นปรากฏการณ์ของแสงในหลายรูปแบบ เช่น แผ่นกรองแสงสีแดง ยอมให้เพียงแสงสีแดงทะลุผ่าน จึงสะท้อนออกมาให้เห็นเป็นสีแดง แผ่นกรองแสงสีเหลืองซึ่งเป็นสีทุติยภูมิ ที่เกิดจากการรวมกันของแสงสีแดงและสีเขียว จะสะท้อนและยอมให้แสงสีแดงและสีเขียวทะลุผ่าน การมองผ่านแผ่นกรองแสงสีต่าง ๆ เพื่อดูวัตถุใดๆ จะเห็นสีวัตถุที่ต่างไปจากการมองดูวัตถุแบบปกติในแสงขาว

สรุปแล้วในการสะท้อนของแสงกับผิววัตถุ กรณีที่วัตถุมีพื้นผิวเรียบจะให้แสงสะท้อนออกมาเป็นระเบียบ ได้ภาพที่ชัดเจน แต่หากวัตถุมีพื้นผิวขรุขระ จะให้แสงสะท้อนกระจัดกระจาย ได้ภาพที่ไม่ชัดเจน

การสะท้อนของแสงนั้นเกิดขึ้นได้บริเวณทุกผิวสัมผัสระหว่างตัวกลางสองชนิด โดยที่ดัชนีการหักเหแสงของผิวสัมผัสทั้งสองชนิดนั้นต้องมีค่าไม่เท่ากัน เช่น การสะท้อนของแสงบนกระจกเงา คือการสะท้อนของแสงบริเวณผิวสัมผัสของแก้วกับโลหะที่ฉาบไว้ ส่วนการสะท้อนบนผิวน้ำ คือการสะท้อนที่เกิดขึ้นบริเวณผิวสัมผัสของน้ำกับอากาศ ปกติแล้วแสงสะท้อนส่วนหนึ่งจะเกิดการสะท้อนกลับไปยังผิวสัมผัสของวัตถุ ส่วนที่เหลือนั้นจะเกิดการหักเหของแสงไปยังตัวกลางอื่นๆ