เลนส์นูน เลนส์เว้า สรุปการเกิดภาพครบทุกระยะ

เลนส์นูนและเลนส์เว้าเป็นเนื้อหาสำคัญในวิชาวิทยาศาสตร์ เพราะเกี่ยวข้องกับการหักเหของแสงและการเกิดภาพ ซึ่งมักพบในข้อสอบอยู่เสมอ

สิ่งที่ต้องรู้มี 3 อย่าง ได้แก่ ชนิดของเลนส์ ตำแหน่งภาพ และลักษณะของภาพ เมื่อเข้าใจหลักการเหล่านี้แล้ว เราจะสามารถวิเคราะห์การเกิดภาพได้ง่ายขึ้น

เลนส์นูนและเลนส์เว้าต่างกันอย่างไร?

เลนส์แบ่งออกเป็น 2 ชนิดหลัก ได้แก่

เลนส์นูน (Convex Lens)

เลนส์นูนมีลักษณะตรงกลางหนากว่าขอบ เมื่อแสงขนานผ่านเลนส์ แสงจะหักเหเข้าหากัน จึงเรียกว่า เลนส์รวมแสง

ตัวอย่างการใช้งาน ได้แก่ แว่นขยาย กล้องถ่ายภาพ และกล้องจุลทรรศน์บางชนิด

เลนส์เว้า (Concave Lens)

เลนส์เว้ามีลักษณะตรงกลางบางกว่าขอบ เมื่อแสงขนานผ่านเลนส์ แสงจะหักเหแยกออกจากกัน จึงเรียกว่า เลนส์กระจายแสง

ตัวอย่างการใช้งาน ได้แก่ แว่นสายตาสำหรับผู้มีภาวะสายตาสั้น

รู้จักจุดโฟกัสและตำแหน่ง 2F

ก่อนศึกษาการเกิดภาพ ควรรู้จักสัญลักษณ์สำคัญ 2 ตัว

• F (จุดโฟกัส): จุดอ้างอิงที่อยู่ห่างจากจุดศูนย์กลางเลนส์เท่ากับระยะโฟกัส
• 2F: ตำแหน่งที่อยู่ห่างจากจุดศูนย์กลางเลนส์เป็น 2 เท่าของระยะโฟกัส

สำหรับเลนส์นูน จุดโฟกัสเป็นตำแหน่งที่แสงขนานรวมกันหลังผ่านเลนส์ ส่วนเลนส์เว้า จุดโฟกัสเป็นตำแหน่งที่แนวต่อย้อนหลังของแสงหักเหดูเหมือนแผ่ออกมาจากจุดนั้น

นอกจากนี้ ยังต้องเข้าใจลักษณะของภาพ 2 ประเภท

• ภาพจริง: เกิดจากแสงจริงมาบรรจบกัน สามารถรับภาพบนฉากได้ และในกรณีวัตถุจริงของเลนส์บาง ภาพจะกลับหัว
• ภาพเสมือน: เกิดจากแนวต่อย้อนหลังของแสงมาบรรจบกัน ไม่สามารถรับภาพบนฉากโดยตรงได้ และภาพจากวัตถุจริงในกรณีที่ศึกษาทั่วไปจะเป็นภาพหัวตั้ง

เครื่องมือเสริมความรู้เรื่องเลนส์

ด้านล่างนี้คือเครื่องมือจากเว็บไซต์ https://phet.colorado.edu/en/simulations/geometric-optics

เป็นเครื่องมือที่จะช่วยให้เราเข้าใจเรื่องเลนส์มากยิ่งขึ้น โดยเราสามารถลากวัตถุ หรือปรับเปลี่ยนเป็นเลนส์นูน เลนส์เว้าได้ แล้วดูสิ่งที่ปรากฏครับ

เลนส์นูน: การเกิดภาพครบทุกระยะ

เลนส์นูนสามารถให้ภาพได้หลายลักษณะ ขึ้นอยู่กับว่าวัตถุอยู่ห่างจากเลนส์เท่าใด

ตำแหน่งวัตถุ	ตำแหน่งภาพ	ลักษณะภาพ
อยู่ไกลมาก	ที่จุดโฟกัสอีกด้านของเลนส์	ภาพจริง กลับหัว และเล็กมาก
อยู่เลย 2F	ระหว่าง F กับ 2F อีกด้านของเลนส์	ภาพจริง กลับหัว และเล็กกว่าวัตถุ
อยู่ที่ 2F	ที่ 2F อีกด้านของเลนส์	ภาพจริง กลับหัว และขนาดเท่าวัตถุ
อยู่ระหว่าง F กับ 2F	เลย 2F อีกด้านของเลนส์	ภาพจริง กลับหัว และใหญ่กว่าวัตถุ
อยู่ที่ F	ที่ระยะอนันต์ในแบบจำลองอุดมคติ	แสงหลังผ่านเลนส์ขนานกัน จึงไม่เกิดภาพที่ระยะจำกัด
อยู่ระหว่างเลนส์กับ F	ด้านเดียวกับวัตถุ	ภาพเสมือน หัวตั้ง และใหญ่กว่าวัตถุ

เทคนิคจำเลนส์นูน

• วัตถุอยู่นอกจุดโฟกัส จะได้ภาพจริงกลับหัว ยกเว้นเมื่อวัตถุอยู่ที่ F พอดี
• วัตถุอยู่ที่ 2F จะได้ภาพขนาดเท่าวัตถุ
• วัตถุอยู่ระหว่าง F กับ 2F จะได้ภาพใหญ่กว่าวัตถุ
• วัตถุอยู่ระหว่างเลนส์กับ F จะได้ภาพเสมือนหัวตั้งและใหญ่กว่าวัตถุ

ข้อควรจำ: เลนส์นูนไม่ได้ให้ภาพใหญ่เสมอไป เพราะภาพอาจมีขนาดเล็ก เท่ากับวัตถุ หรือใหญ่กว่าวัตถุได้ ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของวัตถุ

เลนส์เว้า: การเกิดภาพครบทุกระยะ

เลนส์เว้าทำให้แสงแยกออกจากกัน ดังนั้น เมื่อวางวัตถุจริงไว้หน้าเลนส์ ภาพที่เกิดขึ้นจะมีลักษณะเหมือนกันทุกระยะ ได้แก่ ภาพเสมือน หัวตั้ง และเล็กกว่าวัตถุ

สิ่งที่เปลี่ยนไปตามระยะวัตถุ คือ ตำแหน่งและขนาดของภาพ

ตำแหน่งวัตถุ	ตำแหน่งภาพ	ลักษณะภาพ
อยู่ไกลมาก	ใกล้จุดโฟกัสด้านเดียวกับวัตถุ	ภาพเสมือน หัวตั้ง และเล็กมาก
อยู่ห่างจากเลนส์	ระหว่างเลนส์กับ F ด้านเดียวกับวัตถุ	ภาพเสมือน หัวตั้ง และเล็กกว่าวัตถุ
อยู่ใกล้เลนส์	ระหว่างเลนส์กับ F และใกล้เลนส์มากขึ้น	ภาพเสมือน หัวตั้ง และเล็กกว่าวัตถุ

เทคนิคจำเลนส์เว้า

• ไม่ว่าวัตถุจริงจะอยู่ใกล้หรือไกลเลนส์เว้า ภาพจะเป็นภาพเสมือน หัวตั้ง และเล็กกว่าวัตถุเสมอ
• หากวัตถุอยู่ไกลมาก ภาพจะเข้าใกล้จุดโฟกัส แต่หากวัตถุเข้าใกล้เลนส์ ภาพก็จะเข้าใกล้เลนส์และมีขนาดใกล้เคียงกับวัตถุมากขึ้น

ตารางเปรียบเทียบเลนส์นูนกับเลนส์เว้า

หัวข้อ	เลนส์นูน	เลนส์เว้า
ความหนา	ตรงกลางหนากว่าขอบ	ตรงกลางบางกว่าขอบ
ผลต่อแสงขนาน	รวมแสง	กระจายแสง
ชนิดภาพจากวัตถุจริง	ภาพจริงหรือภาพเสมือน	ภาพเสมือน
ลักษณะภาพ	เปลี่ยนตามระยะวัตถุ	หัวตั้งและเล็กกว่าวัตถุ
ตำแหน่งภาพ	อาจอยู่คนละด้านหรือด้านเดียวกับวัตถุ	ด้านเดียวกับวัตถุ
ตัวอย่างการใช้งาน	แว่นขยาย กล้องถ่ายภาพบางชนิด	แว่นแก้สายตาสั้น

วิธีเขียนแผนภาพรังสีเพื่อหาตำแหน่งภาพ

การวาดรังสีแสงช่วยให้เข้าใจว่าภาพเกิดขึ้นได้อย่างไร โดยทั่วไปสามารถใช้รังสีสำคัญ 2 เส้นเพื่อหาตำแหน่งภาพ

การเขียนรังสีของเลนส์นูน

1. รังสีที่ขนานกับแกนหลัก เมื่อผ่านเลนส์จะหักเหผ่านจุดโฟกัสอีกด้าน
2. รังสีที่ผ่านจุดศูนย์กลางเลนส์ จะเดินทางเป็นเส้นตรงโดยประมาณ
3. หากวาดรังสีที่มุ่งผ่านจุดโฟกัสด้านหน้าก่อนถึงเลนส์ รังสีจะหักเหออกไปขนานกับแกนหลัก

การเขียนรังสีของเลนส์เว้า

1. รังสีที่ขนานกับแกนหลัก เมื่อผ่านเลนส์จะหักเหแยกออกจากกัน โดยแนวต่อย้อนหลังจะผ่านจุดโฟกัสด้านเดียวกับวัตถุ
2. รังสีที่ผ่านจุดศูนย์กลางเลนส์ จะเดินทางเป็นเส้นตรงโดยประมาณ
3. รังสีที่มุ่งไปยังจุดโฟกัสอีกด้านของเลนส์ เมื่อผ่านเลนส์จะหักเหออกไปขนานกับแกนหลัก

เมื่อรังสีจริงตัดกัน จะเกิดภาพจริง แต่ถ้าแนวต่อย้อนหลังของรังสีตัดกัน จะเกิดภาพเสมือน

สรุปเทคนิคจำก่อนสอบ

เลนส์นูน

• อยู่นอก F: ได้ภาพจริงกลับหัว โดยภาพอาจเล็ก เท่ากับวัตถุ หรือใหญ่กว่าวัตถุ
• อยู่ที่ 2F: ภาพจริงกลับหัวและขนาดเท่าวัตถุ
• อยู่ที่ F: แสงหลังผ่านเลนส์ขนานกัน
• อยู่ระหว่างเลนส์กับ F: ภาพเสมือน หัวตั้ง และใหญ่กว่าวัตถุ

เลนส์เว้า

• วัตถุจริงอยู่หน้าเลนส์ในทุกระยะ: ภาพเสมือน หัวตั้ง และเล็กกว่าวัตถุ
• ภาพอยู่ด้านเดียวกับวัตถุ ระหว่างเลนส์กับจุดโฟกัส

สิ่งสำคัญที่สุดคือ อย่าจำเพียงว่าเลนส์ชนิดใดทำให้เกิดภาพแบบไหน แต่ควรเข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างตำแหน่งวัตถุ จุดโฟกัส และตำแหน่งภาพด้วย เพราะจะช่วยให้วิเคราะห์โจทย์และวาดแผนภาพรังสีได้ถูกต้องมากขึ้น

อ่านบทความอื่น ๆ เพิ่มเติม คลิก

ติดตามครูเฟิร์สใน Facebook Fanpage : ครูเฟิร์ส The Guru First คลิก