ในงานวิจัยเรื่อง “An Investigation of Student Understanding of the Real Image Formed by a Converging Lens or Concave Mirror” ผู้วิจัยได้ศึกษาความเข้าใจของนิสิตเกี่ยวกับการเกิดภาพของวัตถุใดๆ จากเลนส์นูน โดยใช้คำถามที่ว่า “ภาพของวัตถุจะเป็นอย่างไร หากมีแผ่นกระดาษทึบแสงมากั้นระหว่างวัตถุและครึ่งบนของเลนส์?” ดังภาพ
เนื่องจากการวาดรังสีของแสงจากจุดปลายของวัตถุ ขนานแกนมุขสำคัญ ไปยังเลนส์นูนไม่สามารถทำได้ (เพราะมีแผ่นกระดาษทึบแสงกั้นอยู่) นิสิตส่วนใหญ่จึงเข้าใจว่า ภาพของวัตถุครึ่งหนึ่งจะหายไป ความเข้าใจนี้เป็นความเข้าใจที่คลาดเคลื่อน
ผมขอแนะนำการทดลองเสมือนโดยใช้โปรแกรมที่มีชื่อว่า Yenka ซึ่งอาจช่วยให้ผู้เรียนเข้าใจว่า ภาพของวัตถุที่เกิดขึ้นจะเป็นอย่างไร เมื่อมีกระดาษทึบแสงมากั้นระหว่างวัตถุและครึ่งหนึ่งของเลนส์นูน ผู้ที่สนใจสามารถดาวน์โหลดและใช้โปรแกรมเพื่อการศึกษาได้ฟรีครับ (รายละเอียดเพิ่มเติม)
การทดลองเสมือนมีดังนี้ครับ
หลังจากการติดตั้งโปรแกรมแล้ว อาจารย์ก็เปิดโปรแกรม Yenka แล้วเลือก Open local > Optics > Lenses อาจารย์จะได้หน้าตาโปรแกรม ดังภาพ
จากนั้น อาจารย์คลิกตรงไอคอนของโปรแกรม (มุมบนซ้ายมือ) และเลือก edit ดังภาพ
เมื่อคลิกแล้ว อาจารย์จะได้ Tool bar ดังภาพ
จากนั้น อาจารย์เพิ่มอุปกรณ์การทดลอง ซึ่งประกอบด้วย เลนส์นูน แผ่นกระดาษทึบแสง และฉาก โดยการเลือก Objects > Lense > Converge lens, Objects > Opaque objects > Opaque block และ Objects > Ray diagrams > Screen ตามลำดับ โดยอาจารย์สามารถลากวัตถุลงมายังพื้นที่การทดลอง (สีดำ) ได้เลย
จากนั้น อาจารย์ก็จัดวางอุปกรณ์ต่างๆ ดังภาพ
ในการนี้ อาจารย์สามารถเพิ่มจำนวนรังสีของแสงได้โดยการคลิกขวาที่วัตถุ แล้วเลือก Properties > Rays to lens > Basic rays แล้วเพิ่มจำนวนรังสีของแสง
จากนั้น อาจารย์ลองเลื่อนแผ่นกระดาษทึบแสง มากั้นระหว่างวัตถุและครึ่งบนของเลนส์ แล้วสังเกตภาพของวัตถุที่เกิดขึ้น ซึ่งจะเป็นดังภาพ
อาจารย์จะเห็นว่า ภาพของวัตถุทั้งภาพยังคงอยู่ การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นคือว่า ความเข้มของภาพของวัตถุจะลดลง ทั้งนี้เพราะ รังสีของแสงจำนวนหนึ่งไม่สามารถเดินทางจากวัตถุมายังเลนส์นูนได้ แต่กระนั้น รังสีของแสงจำนวนหนึ่งยังสามารถเดินทางจากวัตถุ ผ่านส่วนล่างของแผ่นกระดาษทึบแสง มายังเลนส์นูนได้
ปรากฏการณ์นี้เป็นไปตามหลักการของฮอยเกนส์ ซึ่งระบุว่า “แสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งเดินทางออกจากทุกจุดของแหล่งกำเนิดคลื่นไปในทุกทิศทาง โดยทุกจุดบนหน้าคลื่นสามารถประพฤติเป็นแหล่งกำเนิดคลื่นใหม่ ซึ่งเดินทางออกไปในทุกทิศทางด้วยเช่นกัน”
การทดลองเสมือนนี้จึงอาจช่วยให้ผู้เรียนเข้าใจการเกิดภาพจากเลนส์ได้ดีขึ้นครับ