Page 14 - การจัดประสบการณ์การเรียนรู้วิทยาศาสตร์
P. 14
11-6 การจัดประสบการณ์การเรียนรู้วิทยาศาสตร์
เร่ืองท ี่ 11.1.1 ธรรมชาตขิ องแสง
ในเรื่องธ รรมชาติข องแ สงจ ะก ล่าวถ ึง แนวคิดเกี่ยวก ับแ สง และเรื่องข องค วามยาวคลื่น ความถี่ และ
อัตราเร็วของแ สง ดังนี้
แนวคิดเกย่ี วก ับแสง
แนวคิดเกี่ยวก ับแสงต ั้งแต่อ ดีตจนถึงปัจจุบัน มีความเป็นม าโดยสรุปดังนี้
สมัยโบราณเชื่อกันว่าการที่มนุษย์มองเห็นสิ่งต่างๆ ได้ เนื่องจากนัยน์ตาปล่อยอะไรบางอย่างออก
ไปสู่สิ่งนั้นๆ แต่ต่อมาความเชื่อเปลี่ยนเป็นว่า การมองเห็นสิ่งต่างๆ เป็นเพราะสิ่งนั้นเปล่งแสงหรือสะท้อน
แสงเข้าสู่นัยน์ตา ภายห ลังนิวต ัน (Sir Isac Newton) ได้ต ั้งทฤษฎีข ึ้นมาอ ธิบายว่า แสงเป็นอนุภาคที่ส ่งอ อก
มาจากแหล่งกำเนิดแสงโดยแสงเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงออกไปจากแหล่งกำเนิดแสงนั้น แสงจะทะลุผ่านวัตถุ
โปร่งใสและสะท้อนกลับจากผิววัตถุทึบแสง เมื่ออนุภาคเหล่านี้ก ระทบห รือส ะท้อนเข้าส ู่นัยน์ตาจะทำให้เกิด
การมองเห็นขึ้น ต่อมาฮอยเกนส์ (Christiaan Huygens) ได้เสนอแนวคิดว่า แสงเป็นคลื่นและตั้งทฤษฎี
คลื่นแสงขึ้น ทฤษฎีนี้อธิบายกฎการสะท้อนและกฎการหักเหของแสงได้ แต่ยังไม่เป็นที่ยอมรับในขณะนั้น
(ตอนปลายพุทธศตวรรษที่ 22) เนื่องจากยังไม่พบสมบัติการเลี้ยวเบนของแสง เพราะถ้าแสงเป็นคลื่นจริง
แสงต้องเลี้ยวเบนผ่านสิ่งกีดขวางได้ แต่ภายหลังยัง (Thomas Young) และเฟรสเนล (Augustin Jean
Fresnel) ได้ท ดลองพ บการแทรกสอด และก ารเลี้ยวเบนของแ สง ซึ่งอธิบายได้ด้วยทฤษฎีค ลื่นแสง ทฤษฎี
คลื่นแ สงจ ึงเป็นท ี่ยอมรับก ันจนถึงป ัจจุบัน การแ ทรกส อดแ ละการเลี้ยวเบนข องแ สงช ่วยให้วัดอัตราเร็วข อง
แสงได้ โดยไมเคลส ัน (Albert Michaelson) และม อรเ์ลย์ (Edward Morley) ใชอ้ ุปกรณท์ ีเ่รียกว ่า ไมเคลส ัน
อินเทอ ร์เฟอโรม ิเตอร์ (Michaelson interferometer) ทดลองว ัดอ ัตราเร็วข องแ สง ซึ่งไดผ้ ลใกลเ้คียงก ับค ่าที่
ยอมรับในป ัจจุบัน คือ 3×108 m/s ในส ุญญากาศห รือในอ ากาศ (โดยประมาณ) และจ ากก ารทดลองข องยัง
เกี่ยวก ับการแ ทรกสอดของแสง สามารถวัดความยาวคลื่นของแสงได้ ทำให้แ นวคิดท ี่ว ่าแสงเป็นอนุภาคตาม
ข้อเสนอข องนิวต ันหมดความห มายไป
ในป ี พ.ศ. 2416 แมกซ์เวลล์ (James Clerk Maxwell) เสนอท ฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้นมา ผล
จากการคำนวณพ บว่าอัตราเร็วข องคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าม ีค่าเท่ากับอัตราเร็วข องแสง จึงเป็นการสนับสนุนว ่า
แสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าช นิดหนึ่ง แต่ทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าข องแมกซ์เวลล์ใช้อธิบายปรากฏการณ์
บางอ ย่างของแ สง เช่น ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก (การท ี่โลหะบางช นิดปลดป ล่อยอิเล็กตรอนออกมาท ันที
ที่แ สงซึ่งมีความถี่สูงพ อฉายลงบนแ ผ่นโลหะ) ไม่ได้ จนถึงปี พ.ศ. 2448 ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) ได้ตั้ง
ทฤษฎีข ึ้นม าอ ธิบายว่าแ สงเป็นก้อนพลังงานท ี่เรียกว่า โฟตอน (photon) และพ ลังงานขอ งโฟตอนจะขึ้นกับ
ความถี่ ถ้าความถี่ข องโฟตอนสูงพ อ ทันทีที่แสงต กกระทบผ ิวโลหะ โฟตอนข องแ สงจะถ ่ายทอดพลังงานให้
อิเล็กตรอน ทำให้อ ิเล็กตรอนหลุดจากอ ะตอมของโลหะนั้นได้
