.

.

ข้อสอบวิทยาศาสตร์ สสวท. ป.3 ปี 2560 ข้อที่ 15.

 

ข้อที่ 15.


ตอนเย็นวันหนึ่ง ขณะที่นักเรียนกำลังรดน้ำต้นไม้ในสวนหลังบ้าน เขาสังเกตเห็นรุ้งกินน้ำบริเวณที่มีละอองน้ำกระจายอยู่

ข้อใดถูกต้อง

1. นักเรียนคนนั้นกำลังรดน้ำต้นไม้โดยหันหน้าไปทางทิศตะวันออก

2. นักเรียนคนนั้นกำลังรดน้ำต้นไม้โดยหันหน้าไปทางทิศตะวันตก

3. นักเรียนคนนั้นกำลังรดน้ำต้นไม้โดยหันหน้าไปทางทิศเหนือ

4. นักเรียนคนนั้นกำลังรดน้ำต้นไม้โดยหันหน้าไปทางทิศใต้


เป็นอย่างไรบ้างครับสำหรับโจทย์ข้อสอบข้อนี้...


ว่ากันจริงๆแล้ว น้องๆหนูๆรวมทั้งพี่ป้าน้าอาทุกท่านต่างก็คงเคยเห็นปรากฏการณ์รุ้งกินน้ำกันมาแล้ว ดังนั้นคงไม่ต้องอธิบายเพิ่มเติมนะครับว่ารุ้งกินน้ำนั้นมีลักษณะเป็นเส้นแถบสีโค้งๆ โดยมีหางข้างหนึ่งโผ่ลขึ้นมาจากพื้นดิน และส่วนของหัวรุ้งกินน้ำอีกข้างหนึ่งก็โค้งลงพื้นดินเหมือนกำลังกินน้ำอยู่ 

แถบสีของรุ้งกินน้ำนั้น มีสีต่างๆถึง 7 สี ได้แก่ ม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด และแดง  โดยแถบสีนี้จะเรียงลำดับแบบนี้เลยนะครับ จะไม่เรียงแบบมั่วๆเช่นสีเขียวมาอยู่ติดกับสีม่วง หรือสีเหลืองเรียงอยู่ติดกับสีน้ำเงิน อย่างงี้เป็นต้นครับ แต่การเรียงสีจากแถบล่างสุดขึ้นบนสุดอาจเรียงสลับกันได้นะครับ เช่นอาจเรียงลำดับเป็น แดง แสด เหลือง เขียว น้ำเงิน คราม และม่วง แทนที่จะเป็น ม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสด และแดงนะครับ (อ้าว...ว่าจะไม่อธิบาย แต่ก็อธิบายไปซะแล้ว)


ว่าแต่ว่าที่เราเห็นๆกันนั้น รุ้งกินน้ำเกิดอยู่ทิศไหนครับ?

ซึ่งหลายๆท่านก็ตอบได้อย่างทันทีทันใด หลายท่านบอกว่าขอทบทวนความจำแปปนึงก่อน และอีกหลายๆท่านบอกว่าเคยรู้นะ แต่ตอนนี้จำไม่ได้ซะแล้ว


ก็ไม่แปลกหรอกครับ ที่เราๆมักจะจำกันว่าถ้าตอนเช้ารุ้งกินน้ำจะอยู่ทิศไหน ตอนเย็นรุ้งกินน้ำจะอยู่ทิศไหน ก็เพราะผู้คนจำนวนมากมักบอกทิศของรุ้งกินน้ำแบบอาศัยความจำ

แต่น้องๆหนูๆ ที่น่ารักของลุงพี่คนนี้ สามารถบอกทิศของรุ้งกินน้ำได้ด้วยการใช้หลักการทางวิทยาศาสตร์มาอธิบายใช่ไหมครับ 


เอาล่ะครับ เพื่อทบทวนความเข้าใจกัน เดี๋ยวลุงพี่คนนี้จะค่อยๆเล่าให้ฟังนะครับ...



ความรู้ข้อที่หนึ่ง : วัตถุต่างชนิดกัน จะมีความหนาแน่นแตกต่างกัน


"วุ้ย ย ย  ย  ... เค้ารู้กันมาตั้งนานแล้วล่ะลุง"

พี่ป้าน้าอาหลายท่านอาจนึกนินทาในใจ


ใช่แล้วครับ วัตถุที่ต่างชนิดกัน จะมีความหนาแน่นที่แตกต่างกันครับ เช่นอากาศจะมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำ และน้ำก็จะมีความหนาแน่นน้อยกว่ากระจกอย่างงี้เป็นต้น

และเพื่อให้เราได้ใช้คำศัพท์ให้ตรงกัน เราก็เลยต้องมากำหนดกันซักนิดนึงนะครับว่า เมื่อแสงเดินทางผ่านวัตถุ เราจะเรียกวัตถุนั้นว่า "ตัวกลาง" นะครับ

ดังนั้น เมื่อแสงเดินทางผ่านอากาศ อากาศในที่นี้ก็คือตัวกลางครับ และเมื่อแสงเดินทางผ่านน้ำ เราก็เรียกว่าน้ำเป็นตัวกลางครับ ดังนั้นเมื่อนำเรื่องของความหนาแน่นมาพูดด้วย เราก็พูดว่าตัวกลางที่เป็นอากาศจะมีความหนาแน่นน้อยกว่าตัวกลางที่เป็นน้ำ 


หมายหด: พี่ๆบางท่านอาจลืมไปแล้วว่าความหนาแน่นคืออะไร ผู้น้อยก็เลยใคร่ขอเล่าให้ฟังซ้ำอีกทีว่า ความหนาแน่นมีหน่วยเป็น จำนวนน้ำหนัก/ปริมาตรหนึ่งหน่วย ดังนั้นหากเราเอาน้ำมันหนึ่งลิตรมาชั่งน้ำหนักแล้วเปรียบเทียบกับน้ำหนักของน้ำจำนวน 1 ลิตรเท่ากัน เราจะพบว่าน้ำจะหนักกว่าน้ำมันที่มีปริมาตรเท่าๆกัน  อย่างนี้แหละครับเราจะพูดได้ว่า น้ำมีความหนาแน่นมากกว่าน้ำมัน เพราะในปริมาตรที่เท่ากัน น้ำจะหนักกว่าน้ำมันครับพี่น้อง



ความรู้ข้อที่สอง : การหักเหของแสง


เมื่อแสงเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางที่มีความหนาแน่นแตกต่างกัน แสงจะเกิดอาการที่ไม่วิ่งเป็นเส้นตรงเหมือนเดิม อาการที่แสงไม่วิ่งเป็นเส้นตรงเมื่อผ่านจากตัวกลางหนึ่งไปยังตัวกลางอีกชนิดหนึ่ง ก็คือ การเกิดการหักเหของแสงนั่นเองครับ ซึ่งการหักเหของแสงนั้นท่าทางดูจะเข้าใจยากซักเล็กน้อย ผู้น้อยคนนี้เลยจะวาดภาพประกอบให้ดูประกอบคำอธิบายเป็นช่วงๆนะครับ


ในเบื้องต้น ลองมาดูภาพประกอบตามรูปข้างล่างนี้กันก่อนนะครับ


ตามรูปที่ 1 นั้น ผู้น้อยกำลังจะอธิบายว่าแสงนั้นเดินทางเป็นเส้นตรง ซึ่งเพื่อให้เข้าใตง่ายขึ้นจึงมักจะเขียนเส้นทางเดินของแสงขึ้นมาเส้นนึงเพื่อบอกว่าแสงกำลังวิ่งจากไหนไปไหน โดยเจ้าเส้นที่ว่านี้เรียกกันว่าเส้นรังสีของแสงนะครับ

เส้นรังสีจะวิ่งเป็นเส้นตรงเสมอ ดังนั้นถ้าไม่มีข้อเท็จจริงอื่นมาแย้ง เส้นรังสีก็ควรเดินทางเป็นเส้นตรงถึงแม้ว่าจะเดินทางผ่านตัวกลางที่แตกต่างกันก็ตาม ดังนั้นเส้นรังสีสีดำๆที่ผมวาดให้ดูก็คือเส้นตรงที่ลากตรงต่อไปเรื่อยๆ ถึงแม้ว่าจะเดินทางผ่านตัวกลางผ่านตัวกลางที่แตกต่างกันก็ตาม


แต่ในความเป็นจริงนั้น เมื่อแสงเดินทางผ่านตัวกลางที่มีความหนาแน่นแตกต่างกัน แสงจะเกิดการหักเหไม่เป็นแนวเส้นตรงตามแนวรังสีเดิม ซึ่งตามรูปที่ 2 แสดงให้เห็นว่าพอแสงเดินทางจากอากาศผ่านมายังตัวกลางที่เป็นแก้ว รังสีของแสงก็จะเกิดการหักเห ดังนั้นเส้นรังสีสีดำๆ ที่ผมวาดจึงมีการเบนออกจากแนวเส้นตรงเดิมนะครับ ส่วนจะเบนไปมากน้อยแค่ไหนก็จะขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของตัวกลางนั้น ซึ่งเพื่อให้สะดวกยิ่งขึ้น จึงมีการคำนวณการหักเหของตัวกลางแต่ละชนิดไว้ ซึ่งเรียกกันว่า "ดรรชนีหักเหของตัวกลาง (Index of Refraction)" ครับพี่น้อง

หมายหด : ขยายความจากรูปที่ 2 อีกนิดนะครับ จากรูปจะเห็นได้ว่าเมื่อแสงเดินทางในแก้ว เส้นรังสีก็จะเบนไปจากเดิมเป็นเส้นใหม่คือเส้นสีดำ ผมจึงระบายสีเทาๆไว้ที่เส้นเดิมให้ดูว่านี่คือเส้นเดิมที่แสงไม่ได้วิ่งในแนวเส้นตรงนี้แล้ว




ความรู้ข้อที่สาม : แสงหักเหอย่างไรน้อออ


ใช่แล้วครับ จากความรู้ข้อที่สองที่ผ่านมา เราได้ทราบข้อเท็จจริงของธรรมชาติแล้วว่าแสงมีการหักเหเมื่อเดินทางผ่านตัวกลางที่มีความหนาแน่นแตกต่างกัน

ซึ่งมาถึงตรงนี้ พ่อแม่พี่น้องก็อาจสงสัยต่อไปอีกว่าแสงจะหักเหไปอย่างไร? 

"เส้นรังสีของแสงจะวิ่งไปตามเส้นสีดำ หรือหักเหไปตามเส้นสีแดง?"

ถ้านี่ข้อสงสัย ก็ล้อมวงกันเข้ามานะครับ เดี๋ยวผมจะอธิบายให้ฟัง...


ว่ากันว่าเป็นเวลานานมากๆแล้วครับที่นักวิทยาศาสตร์ได้พบว่าแสงมีการหักเหเมื่อวิ่งผ่านตัวกลางที่แตกต่างกัน ซึ่งก็เป็นปกติวิสัย..ของนักวิทยาศาสตร์ที่เมื่อพบอะไรก็ต้องพยายามหาคำอธิบายที่เป็นกฏเกณฑ์ที่สามารถพิสูจน์ได้...






(โปรดรอสักครู่นะครับ)


เพิ่มคอมเมนต์ใหม่

รหัสป้องกันความปลอดภัย
รีเฟรช