การสะท้อนกลับทั้งหมด
![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/76/R%C3%A9flexion_total.svg/250px-R%C3%A9flexion_total.svg.png)
การสะท้อนกลับทั้งหมด คือ ปรากฏการณ์แสงลักษณะหนึ่ง ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อรังสีของแสง ตกกระทบกับพื้นผิวของตัวกลาง ในมุมที่กว้างกว่า มุมวิกฤต เกิดขึ้นเฉพาะกรณีที่ ดัชนีหักเหของตัวกลาง ต่ำกว่า ดัชนีหักเหของของตัวกลางที่อยู่อีกด้านหนึ่งของพื้นผิวตกกระทบ โดยที่แสงไม่ผ่านออกไป และ แสงทั้งหมดสะท้อนกลับ โดยใช้กฎการสะท้อน
เมื่อแสงข้ามผ่านเส้นแบ่งระหว่างตัวกลางสองชนิด ที่มีดัชนีหักเหที่แตกต่างกัน ลำแสงอาจเกิดการหักเห ที่พื้นผิวของตัวกลางใหม่ หรือ อาจเกิดการสะท้อนกลับทั้งหมด ขึ้นกับว่ามุมตกกระทบ มากกว่า มุมวิกฤตหรือไม่ ทั้งนี้เกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อ แสงเดินทางมาจากตัวกลางที่มีดัชนีหักเหมากกว่า [n1=higher refractive index] ไปยังตัวกลางที่มีดัชนีหักเหน้อยกว่า[n2=lower refractive index] ยกตัวอย่างเช่น เมื่อแสงเดินทางจากแก้วไปยังอากาศ ฯลฯ
คำอธิบายทางทัศนศาสตร์
[แก้]![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/ec/Total_internal_reflection.jpg/250px-Total_internal_reflection.jpg)
![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/dc/Teljes_f%C3%A9nyvisszaver%C5%91d%C3%A9s.jpg/250px-Teljes_f%C3%A9nyvisszaver%C5%91d%C3%A9s.jpg)
![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f4/TIR_in_PMMA.jpg/250px-TIR_in_PMMA.jpg)
การสะท้อนกลับทั้งหมด สามารถแสดงตัวอย่างได้โดยใช้ บล็อกแก้วครึ่งวงกลม ที่เรียกว่า เรย์บ๊อกซ์ โดยการส่องลำแสงเข้าไปในบล็อกแก้ว รูปร่างครึ่งวงกลมทำให้เกิดด้านเรียบ ซึ่งด้านที่เรียบนี้จะเป็นพื้นผิวตกกระทบให้กับลำแสงที่เราส่องเข้าไป ด้านผิวครึ่งวงกลมทำให้ไม่เกิดการหักเหที่ เส้นแบ่งเขตระหว่างตัวกลาง อากาศ ไปสู่ แก้ว สำหรับที่ด้านเรียบซึ่งเป็น เส้นแบ่งเขตระหว่างตัวกลาง แก้ว ไปสู่ อากาศ จะเกิดปรากฏการณ์ใดขึ้นกับ มุมตกกระทบ
เมื่อ
- ถ้า
θ <θ c, ลำแสงจะแบ่งเป็นสองส่วน ส่วนหนึ่งจะสะท้อนกลับออกมาจากเส้นแบ่งเขตระหว่างตัวกลาง และ อีกส่วนหนึ่งจะหักเหผ่านออกไป - ถ้า
θ >θ c, ลำแสงจะสะท้อนกลับทั้งหมด ที่เส้นแบ่งเขตระหว่างตัวกลาง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า การสะท้อนกลับทั้งหมด
หลักฟิสิกส์นี้ ทำให้เกิดผลิตภัณท์ต่าง ๆ เช่น เส้นใยแสง (ออปติกไฟเบอร์) ปริซึม ในกล้องส่องทางไกลแบบสองตา อีกทั้งยังเป็นพื้นฐานให้กับ การเจียระไนเพชร เพื่อให้เกิดการสะท้อนที่น่าชวนมอง
มุมวิกฤต
[แก้]มุมวิกฤต คือมุมอุบัติการณ์เบื้องต้น ของการเกิดการสะท้อนกลับทั้งหมด มุมตกกระทบที่เกิดการสะท้อนกลับทั้งหมดจะถูกวัดเทียบกับมุมตกกระทบที่เกิดเหตุการณ์ปกติ ที่เส้นแบ่งเขตระหว่างตัวกลาง เมื่อพิจารณาลำแสงที่ผ่านจาก แก้ว ไปสู่ อากาศ ในเหตุการณ์ปกติแสงจะผ่านออกไปสู่อากาศ แต่เมื่อ มุมตกกระทบเพิ่มขึ้นอย่างเพียงพอ มุมที่แสงผ่านออก จะเพิ่มขึ้นไปถึง มุมตั้งฉาก คือ ที่ตำแหน่ง 90องศา ณ จุดนี้จะไม่มีแสงผ่านออกไปสู่อากาศ อีกต่อไป จึงเรียกมุมนี้ว่า มุมวิกฤต มุมวิกฤต ตามกฎของสเนลล์:
- นำกฎของสเนลล์มาจัดเรียงใหม่ เราจะได้ เพื่อหามุมวิกฤต เราทำการหาค่าของ เมื่อ ผลลัพธ์ที่ได้คือค่าของ ซึ่งเท่ากับ มุมวิกฤต
- และเราสามารถแทนค่า เราจะได้สูตรในการหาค่ามุมวิฤตเป็นดังนี้:
เมื่อมุมตกกระทบมีค่าเท่ากับมุมวิกฤตพอดี ลำแสงสะท้อนจะตั้งฉากกับ เส้นแบ่งเขตระหว่างตัวกลาง เพื่อการยกตัวอย่าง ลำแสงที่มองเห็นได้ เดินทางผ่าน แผ่นอะคริลิก (ที่มีค่าดัชหักเหเท่ากับ 1.50) เข้าไปสู่อากาศ (ที่มีค่าดัชนีหักเหเท่ากับ 1.00). การคำนวณหาค่าของมุมวิกฤต สำหรับตัวกลาง อะคลีลิก ไปสู่ อากาศ ทำได้ดังนี้
ลำแสงตกกระทบที่ เส้นแบ่งเขตระหว่างตัวกลาง ถ้ามีค่าน้อยกว่า 41.8° จะเกิดปรากฏการณ์ ส่องผ่านบางส่วนสะท้อนบางส่วน แต่เมื่อมุมตกกระทบมีค่ามากกว่า 41.8° จะเกิดปรากฏการณ์ สะท้อนกลับทั้งหมด จะไม่มีแสงส่องผ่านไปยังอากาศเลย
ถ้าค่าเศษส่วน: มีค่ามากกว่า 1 การคำนวณหา arcsine จะไม่สามารถทำได้ ในความหมายนี้คือจะไม่มีทางเกิด การสะท้อนกลับทั้งหมด ไม่ว่ามุมตกกระทบนั้นจะมีค่ามากแค่ไหน หรือน้อยแค่ไหนก็จะไม่เกิด ปรากฏการณ์สะท้อนกลับทั้งหมด
ดังนั้นมุมวิกฤต จะมีค่าก็ต่อเมื่อ มีค่าน้อยกว่า 1
การนำไปใช้งาน
[แก้]- เส้นใยแสง ที่ใช้งานหลากหลายด้านเช่นใน กล้องเอ็นโดสโคป สำหรับงานด้านการแพทย์ และ ในงานด้านโทรคมนาคม.
- อุปกรณ์ตรวจวัดฝน สำหรับรถยนต์ ที่ใช้ในการควบคุมที่ปัดน้ำฝนอัตโนมัติ
- อุปกรณ์ที่น่าสนใจอื่น ๆ ที่ใช้ การสะท้อนกลับทั้งหมด เพื่อการคัดกรองแสง [1]
- กล้องส่องทางไกลแบบสองตา ใช้หลักการสะท้อนกลับทั้งหมด เพื่อให้ได้ภาพที่คมชัด
- จอแสดงภาพแบบมัลติทัช ใช้ด้านตรงข้ามของการสะท้อนกลับทั้งหมดในการรวมภาพจากกล้อง เพื่อให้ ซอฟต์แวร์ บันทึกการกำหนดตำแหน่งแบบหลายตำแหน่งพร้อม ๆ กัน
- Gonioscopy เพื่อดูมุมทางกายวิภาคศาสตร์ ระหว่าง คอร์เนีย กับ ไอริส (อวัยวะภายในลูกนัยน์ตา)
- Gait analysis CatWalk, [2] เป็นเครื่องมือที่ใชัหลักการสะท้อนกลับทั้งหมดในการรวมภาพ จากกล้องความเร็วสูง ในการวิเคราะห์ พื้นที่จำเพาะที่ทำการเฝ้าดูในห้องทดลองปฏิบัติการ
- Fingerprint เป็นเครื่องมือที่ใช้หลักการสะท้อนกลับทั้งหมด ในการบันทึกภาพถ่ายลายมือบุคคล โดยไม่ต้องใช้หมึก
- Flashlights lenses.[3]
ตัวอย่างที่พบเห็นได้ในชีวิตประจำวัน
[แก้]![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/5c/Total_internal_reflection_of_Chelonia_mydas.jpg/220px-Total_internal_reflection_of_Chelonia_mydas.jpg)
![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/th/thumb/2/29/%E0%B8%A1%E0%B8%B8%E0%B8%A1%E0%B8%A7%E0%B8%B4%E0%B8%81%E0%B8%A4%E0%B8%95%E0%B8%82%E0%B8%AD%E0%B8%87%E0%B9%80%E0%B8%A5%E0%B8%99%E0%B8%AA%E0%B9%8C%E0%B9%80%E0%B8%A7%E0%B9%89%E0%B8%B2.jpeg/220px-%E0%B8%A1%E0%B8%B8%E0%B8%A1%E0%B8%A7%E0%B8%B4%E0%B8%81%E0%B8%A4%E0%B8%95%E0%B8%82%E0%B8%AD%E0%B8%87%E0%B9%80%E0%B8%A5%E0%B8%99%E0%B8%AA%E0%B9%8C%E0%B9%80%E0%B8%A7%E0%B9%89%E0%B8%B2.jpeg)
![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/th/thumb/3/31/%E0%B8%A1%E0%B8%B8%E0%B8%A1%E0%B8%A7%E0%B8%B4%E0%B8%81%E0%B8%A4%E0%B8%95%E0%B8%82%E0%B8%AD%E0%B8%87%E0%B9%80%E0%B8%A5%E0%B8%99%E0%B8%AA%E0%B9%8C%E0%B8%99%E0%B8%B9%E0%B8%99.jpeg/220px-%E0%B8%A1%E0%B8%B8%E0%B8%A1%E0%B8%A7%E0%B8%B4%E0%B8%81%E0%B8%A4%E0%B8%95%E0%B8%82%E0%B8%AD%E0%B8%87%E0%B9%80%E0%B8%A5%E0%B8%99%E0%B8%AA%E0%B9%8C%E0%B8%99%E0%B8%B9%E0%B8%99.jpeg)
![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/th/thumb/d/d5/%E0%B8%A1%E0%B8%B8%E0%B8%A1%E0%B8%A7%E0%B8%B4%E0%B8%81%E0%B8%A4%E0%B8%95%E0%B8%82%E0%B8%AD%E0%B8%87%E0%B9%80%E0%B8%A5%E0%B8%99%E0%B8%AA%E0%B9%8C%E0%B8%97%E0%B8%A3%E0%B8%87%E0%B8%81%E0%B8%A3%E0%B8%B0%E0%B8%9A%E0%B8%AD%E0%B8%81.jpeg/220px-%E0%B8%A1%E0%B8%B8%E0%B8%A1%E0%B8%A7%E0%B8%B4%E0%B8%81%E0%B8%A4%E0%B8%95%E0%B8%82%E0%B8%AD%E0%B8%87%E0%B9%80%E0%B8%A5%E0%B8%99%E0%B8%AA%E0%B9%8C%E0%B8%97%E0%B8%A3%E0%B8%87%E0%B8%81%E0%B8%A3%E0%B8%B0%E0%B8%9A%E0%B8%AD%E0%B8%81.jpeg)
การสะท้อนกลับทั้งหมดสามารถพบเห็นได้ เมื่อเราไปว่ายน้ำ เมื่อเรามองจากใต้น้ำจะเห็นได้ว่า ผิวสัมผัสระหว่างน้ำกับอากาศ มีสภาพเหมือนกระจก ตัวอย่างที่พบเห็นได้ง่ายที่สุดคือ การสะท้อนกลับทั้งหมดของแสงจากเพชร ซึ่งส่องความเป็นประกายให้เห็นได้อย่างเด่นชัด และเลนส์ชนิดต่าง ๆ ซึ่งเมื่อเหลือบมองขอบเลนส์ จะเห็นได้ว่า มีลักษณะเป็นวง ๆ ซ้อนกันอยู่หลายวง อันเนื่องมาจาก กระจกเลนส์ทั้งสองด้าน ไม่ได้อยู่ในระนาบเดียวกัน ทั้งนี้ ความมากน้อยของเส้นวง ขึ้นอยู่กับกำลังขยายของเลนส์ชนิดนั้น ๆ
อ้างอิง
[แก้]- ↑ Moreno, Ivan; J. Jesus Araiza; Maximino Avendano-Alejo (2005). "Thin-film spatial filters" (PDF). Optics Letters. 30 (8): 914–916. Bibcode:2005OptL...30..914M. doi:10.1364/OL.30.000914. PMID 15865397. คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิม (PDF)เมื่อ 2016-09-12. สืบค้นเมื่อ 2011-07-26.
- ↑ "Catwalk". Noldus.com. สืบค้นเมื่อ 26 August 2010.
- ↑ "Lenses". Surefire.com. คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2011-09-27. สืบค้นเมื่อ 26 August 2010.
แหล่งข้อมูลอื่น
[แก้]![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/4a/Commons-logo.svg/30px-Commons-logo.svg.png)
- FTIR Touch Sensing
- Multi-Touch Interaction Research
- Georgia State University
- Total Internal Reflection by Michael Schreiber, Wolfram Demonstrations Project
- Total Internal Reflection เก็บถาวร 2014-07-16 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน - St. Mary's Physics Online Notes