Lab 33B — การหักเหของแสงผ่านแท่งแก้ว/ของเหลว (3D)

🧪 อุปกรณ์การทดลอง (Real Lab)

• แท่งแก้วสี่เหลี่ยม (glass block) 12 × 6 × 2.5 ซม. หรือกล่องใสใส่ของเหลว
• เข็มหมุดตรง 4 ตัว
• กระดาษ A4 + แผ่นกระดาษแข็ง
• ไม้โปรแทรกเตอร์
• ไม้บรรทัด

📝 ขั้นตอนการทดลอง (Real Lab)

1. วางกล่องแก้วบนกระดาษแข็ง ให้ขอบด้านเรียบตรงกับเส้นที่กำหนดไว้
2. ปักเข็มหมุด P₁ และ P₂ ด้านบน (ด้านที่แสงตกกระทบ) ห่างกัน 3–4 ซม.
3. ก้มมองจากอีกฝั่ง (ด้านล่าง) ให้ตาอยู่ระดับเดียวกับแก้ว
4. ปักเข็มหมุด P₃ และ P₄ ด้านล่าง ให้ตรงแนวกับ P₁ P₂ ที่มองผ่านแก้ว
5. ยกแก้วออก ลากเส้นผ่าน P₁P₂ (รังสีตกกระทบ) และ P₃P₄ (รังสีออก)
6. ลากเส้นเชื่อมจุดที่รังสีเข้าและออกจากแก้ว → รังสีหักเหภายใน
7. ลากเส้น Normal ที่จุดเข้าแก้ว
8. วัดมุม θ₁ (ในอากาศ) และ θ₂ (ในตัวกลาง) ด้วยโปรแทรกเตอร์
9. คำนวณ n = sinθ₁ / sinθ₂ แล้วทำซ้ำอย่างน้อย 5 มุม

💻 วิธีใช้ Simulation (3D) — โหมดบันทึกค่าเอง

• ภาพ 3D: คลิกบนกระดาษ = ปักหมุด · ลากหมุด / โปรแทรกเตอร์ได้โดยตรง · ลากที่ว่าง = หมุนมุมมอง · ล้อเมาส์ = ซูม · ปุ่ม มุมบน สะดวกที่สุดสำหรับปักหมุดและอ่านโปรแทรกเตอร์
• ภาพ 3D: ลากที่ว่าง = หมุนมุมมอง · ล้อเมาส์ = ซูม · ลากหมุดในภาพได้ · แท่งแก้ว 3 มิติหักเหแสงจริง — สิ่งที่อยู่หลังแก้วจะเห็นเลื่อนตำแหน่ง
• ปุ่ม "มุมจากตา": กล้องไปอยู่ที่ตา (ระดับหมุด) มองผ่านแท่งแก้ว → เห็น P₁ P₂ ผ่านแก้วเลื่อนจากตำแหน่งจริง ใช้จัดแนว P₃ P₄ เหมือนการทดลองจริง · ปุ่ม "มุมบน" = มองจากด้านบน (ไม่มีการเลื่อน)

1. ขั้นตอน 1: คลิกบนกระดาษเหนือแท่งแก้ว วาง P₁ แล้ว P₂ (แนว P₁P₂ ต้องพุ่งเข้าแท่งแก้ว)
2. ขั้นตอน 2: กด มุมจากตา ในภาพ 3D — กล้องไปอยู่ใต้แท่งแก้วในแนวที่มองเห็น P₁ กับ P₂ ซ้อนกันผ่านแก้ว (ตำแหน่งที่เห็นเลื่อนจากของจริงเพราะการหักเห) → คลิกวาง P₃ แล้ว P₄ ใต้แท่งแก้วให้อยู่ในแนวสายตานั้น (ในมุมจากตา หมุดทั้ง 4 จะซ้อนเป็นแนวเดียว) → กด ✓ เสร็จสิ้น (มุมล่างขวาของภาพ 3D)
3. ยืนยัน: กด ✓ เสร็จสิ้น
4. ขั้นตอน 3: รังสีจะปรากฏ: P₁→P₂→จุดเข้าแก้ว→รังสีหักเหในแก้ว→จุดออกแก้ว→P₃→P₄ พร้อมเส้น Normal ที่ทุกรอยต่อ
5. ขั้นตอน 4: เปิด 📐 โปรแทรกเตอร์ ในภาพ 3D (กด มุมบน) ลาก+หมุนวัดมุม θ₁ (ในอากาศ) และ θ₂ (ในตัวกลาง) ที่จุดเข้าแก้ว → กรอกในตาราง

💻 วิธีใช้ Simulation — โหมดอัตโนมัติ

1. เลือกวัสดุจาก dropdown
2. ปรับมุมตกกระทบ θ₁ ด้วย slider
3. ระบบแสดงทุกรังสี มุม และค่าคำนวณอัตโนมัติ (บนกระดาษในภาพ 3D — ลองกด "มุมจากตา" ดูรังสีผ่านแก้ว)
4. กด 📝 บันทึกค่า

📊 สูตรคำนวณ

💡 กฎของสเนลล์ (Snell's Law)

เมื่อแสงเดินทางจากตัวกลางหนึ่ง (เช่น อากาศ) ไปยังอีกตัวกลางหนึ่งที่หนาแน่นกว่า แสงจะ เบี่ยงเข้าหาเส้น Normal

• θ₁ = มุมตกกระทบ (ในอากาศ) — วัดจากเส้น Normal
• θ₂ = มุมหักเห (ในตัวกลาง) — วัดจากเส้น Normal

🌊 ทำไมแสงถึงหักเห? — Wavefront

Wavefront ด้านที่เข้าตัวกลางก่อน ช้าลง → wavefront หมุนเปลี่ยนทิศ → รังสีเบี่ยงเข้าหา Normal

🔺 การสะท้อนกลับหมด (Total Internal Reflection)

เมื่อแสงเดินทางจากตัวกลางหนาแน่น → ตัวกลางเบา ถ้า θ₁ ≥ θ_c แสงจะสะท้อนกลับหมด

📊 ตารางค่าดัชนีหักเห

วัสดุ	n	v (×10⁸ m/s)	θc (°)
อากาศ	1.00	3.00	—
น้ำ	1.33	2.26	48.8°
น้ำมันพืช	1.47	2.04	42.9°
กลีเซอรอล	1.47	2.04	42.9°
Crown Glass	1.52	1.97	41.1°
Flint Glass	1.62	1.85	38.1°
Dense Flint	1.76	1.70	34.6°
CS₂	1.63	1.84	37.8°
Diamond	2.42	1.24	24.4°

⚡ ความเร็วแสงในตัวกลาง