Lab 32B — การสะท้อนของแสง (3D)

🧪 อุปกรณ์การทดลอง (Real Lab)

• กระจกเงาราบ ขนาดประมาณ 10 × 10 ซม.
• แท่งไม้หรือหนังสือ สำหรับค้ำกระจก
• กระดาษ A4
• แผ่นกระดาษแข็งหรือไม้อ่อน รองใต้กระดาษ
• เข็มหมุดตรง 4 ตัว
• ไม้โปรแทรกเตอร์

📝 ขั้นตอนการทดลอง (Real Lab)

1. วางกระดาษบนแผ่นกระดาษแข็ง บนโต๊ะ
2. ตั้งกระจกเงาราบ ตั้งฉาก กับกระดาษ ใช้แท่งไม้ค้ำ
3. ลากเส้นขอบล่างของกระจกบนกระดาษ
4. วาดเส้นรังสีตกกระทบ ทำมุมกับกระจก
5. สร้างเส้นตั้งฉาก (Normal) ที่จุดตกกระทบ
6. ปักเข็มหมุด P₁ และ P₂ บนเส้นรังสีตกกระทบ
7. มองกระจกจากอีกฝั่งของเส้น Normal
8. ปักเข็มหมุด P₃ และ P₄ ให้ตรงแนวกับภาพ P₁, P₂ ในกระจก (เกิดพารัลแลกซ์ — ตรงแนวเฉพาะมุมมองเดียว)
9. วาดเส้นผ่าน P₃ P₄ → คือรังสีสะท้อน
10. วัดมุม θ_i และ θ_r ด้วยโปรแทรกเตอร์
11. บันทึกค่า และทำซ้ำด้วยมุมตกกระทบต่างกัน

💻 วิธีใช้ Simulation (3D) — โหมดบันทึกค่าเอง

• ภาพ 3D: คลิกบนกระดาษ = ปักหมุด · ลากหมุด / เส้น Normal / โปรแทรกเตอร์ได้โดยตรง · ลากที่ว่าง = หมุนมุมมอง · ล้อเมาส์ = ซูม · กระจกเงาราบตั้งฉากกับกระดาษ สะท้อนภาพจริง (เห็นภาพหมุดในกระจก)
• ปุ่ม "มุมบน": มองกระดาษจากด้านบน — สะดวกที่สุดสำหรับปักหมุด เลื่อนเส้น Normal และอ่านโปรแทรกเตอร์
• ปุ่ม "มุมจากตา": กล้องไปอยู่ระดับหมุดในแนวรังสีสะท้อนของ P₁P₂ — จะเห็นภาพ P₁′ P₂′ ในกระจกซ้อนกันพอดี ใช้จัดแนว P₃ P₄ เหมือนการทดลองจริง (ลากในภาพเพื่อกวาดสายตาเล็กน้อยได้ — ลองสังเกตพารัลแลกซ์)

1. ขั้นตอน 1 — วางเข็มหมุดตกกระทบ: คลิกบนกระดาษหน้ากระจก วาง P₁ แล้ว P₂ → เส้นรังสีตกกระทบพุ่งเข้ากระจก
2. ขั้นตอน 2 — วางเข็มหมุดสะท้อน: กด 👁 มุมจากตา ในภาพ 3D → เห็นภาพ P₁′ P₂′ ในกระจก → คลิกวาง P₃ แล้ว P₄ ให้อยู่ในแนวสายตาเดียวกับภาพในกระจก (ในมุมจากตา หมุดจริงและภาพในกระจกซ้อนเป็นแนวเดียว)
3. ยืนยัน: เมื่อพอใจตำแหน่ง P₃, P₄ แล้ว กดปุ่ม ✓ เสร็จสิ้น (มุมล่างขวาของภาพ 3D) → P₃, P₄ จะล็อค และรังสีสะท้อนปรากฏ ออกจากจุดตกกระทบผ่าน P₄ (ถ้าปักหมุดไม่ตรงแนวภาพ θ_r จะไม่เท่ากับ θ_i — ให้อภิปรายความคลาดเคลื่อน)
4. ขั้นตอน 3 — เส้น Normal: เส้นตั้งฉากกับกระจก (เส้นประ N) ปรากฏที่จุดตกกระทบ — จุดที่รังสีตกกระทบและรังสีสะท้อนพบกันที่กระจก
5. ขั้นตอน 4 — วัดมุม: กดปุ่ม 📐 โปรแทรกเตอร์ 360° → ลากไปวางที่จุดตกกระทบ → หมุนให้ 0° ทาบเส้น Normal → อ่าน θ_i และ θ_r
6. บันทึก: กรอก θ_i, θ_r ในตาราง แล้วกด ✓ → ระบบแสดง %Error เทียบกับค่าจริง
7. ทำซ้ำ: กด 🗑 ล้างทั้งหมด แล้วเริ่มใหม่ด้วยมุมตกกระทบที่ต่างกัน อย่างน้อย 5 ครั้ง

💻 วิธีใช้ Simulation — โหมดอัตโนมัติ

1. ปรับมุมตกกระทบ θ_i ด้วย slider
2. ระบบแสดงรังสีตกกระทบ, Normal, รังสีสะท้อน พร้อมค่ามุม (บนกระดาษในภาพ 3D — ลองกด "มุมจากตา")
3. กด 📝 บันทึกค่า เพื่อเพิ่มข้อมูลลงตาราง

📊 สูตรคำนวณ

💡 กฎการสะท้อนของแสง (Law of Reflection)

เมื่อลำแสงตกกระทบผิวสะท้อน (เช่น กระจกเงาราบ) จะเกิด การสะท้อน โดยมีกฎดังนี้:

1. มุมตกกระทบ (θ_i) = มุมระหว่างรังสีตกกระทบกับเส้นปกติ (Normal)
2. มุมสะท้อน (θ_r) = มุมระหว่างรังสีสะท้อนกับเส้นปกติ (Normal)
3. รังสีตกกระทบ, เส้นปกติ, และรังสีสะท้อน อยู่ใน ระนาบเดียวกัน

📏 เส้นปกติ (Normal Line) คืออะไร?

เส้นปกติ คือเส้นที่ ตั้งฉาก กับผิวสะท้อน ณ จุดที่แสงตกกระทบ เราวัดมุมตกกระทบและมุมสะท้อนจากเส้นนี้เสมอ

🪞 การสร้างภาพในกระจกเงาราบ

ภาพที่เกิดจากกระจกเงาราบมีสมบัติดังนี้:

• เป็น ภาพเสมือน (virtual image) — อยู่หลังกระจก
• ขนาดภาพ เท่ากับ ขนาดวัตถุ
• ระยะภาพหลังกระจก เท่ากับ ระยะวัตถุหน้ากระจก
• ภาพ ตั้งตรง แต่ กลับซ้าย-ขวา (lateral inversion)

👁 พารัลแลกซ์ (Parallax) กับการเล็งเข็มหมุด

พารัลแลกซ์คืออะไร?

พารัลแลกซ์ (Parallax) คือปรากฏการณ์ที่วัตถุหลายชิ้นดูเหมือนอยู่ตรงแนวเดียวกัน เฉพาะบางมุมมองเท่านั้น แต่เมื่อเปลี่ยนมุมมอง (ขยับศีรษะ) จะเห็นว่าวัตถุ แยกออกจากกัน เพราะจริงๆ แล้ววัตถุอยู่ คนละระยะ

• มีพารัลแลกซ์ = วัตถุตรงแนวกัน เฉพาะมุมมองเดียว → เปลี่ยนมุมมองแล้วแยกออก → เกิดเมื่อวัตถุอยู่ คนละระยะ
• ไม่มีพารัลแลกซ์ = วัตถุตรงแนวกัน ทุกมุมมอง ไม่ว่าจะขยับศีรษะอย่างไร → เกิดเมื่อวัตถุอยู่ ตำแหน่งเดียวกัน (ซ้อนทับกันจริง)

พารัลแลกซ์ในการทดลองนี้

ในการทดลองสะท้อนแสงด้วยเข็มหมุด เข็มหมุดทั้ง 4 ตัว (P₁, P₂ จริง กับ P₃, P₄ จริง) และภาพเสมือน (P₁', P₂') อยู่ คนละระยะ จากตา ดังนั้น:

• การที่ P₃, P₄ ตรงแนวกับ P₁', P₂' ในกระจก เป็นการตรงแนว เฉพาะมุมมองเดียว → นี่คือ พารัลแลกซ์
• ถ้าขยับศีรษะไปมุมอื่น เข็มหมุดจะ แยกออก ไม่ตรงแนวอีก
• จึงต้องเล็งจาก มุมเดียวที่ถูกต้อง เท่านั้น ถึงจะเห็นเข็มหมุดทั้ง 4 ตัวเรียงเป็นเส้นตรง

📐 การคำนวณ %Error