แสงเป็นพลังงานรูปหนึ่ง  เดินทางในรูปเคลื่อนที่มีอัตราเร็วสูง  สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่บนโลกไม่สามารถดำรงอยู่ได้โดยไม่มีแสง  แหล่งกำเนิดแสงที่สำคัญที่สุดของเราคือดวงอาทิตย์  อย่างไรก็ตาม เราสามารถผลิตแสงได้เองเช่นกันโดยใช้ไฟฟ้า

          ถ้าลำแสงผ่านควันหรือฝุ่นละออง  จะเห็นลำแสงนี้เป็นเส้นตรงด้วยอัตราเร็ว  300,000 กิโลเมตรต่อวินาที  แสงสามารถผ่านวัตถุบางชนิดได้  แต่แสงไม่สามารถผ่านวัตถุทึบแสงได้  เช่น แผ่นเหล็ก  ผนังคอนกรีต  กระดาษหนาๆ  เป็นต้น  วัตถุทึบแสงจะสะท้อนแสงบางส่วนและดูดกลืนแสงไว้บางส่วน  และเกิดเงาได้เมื่อใช้วัตถุแสงกั้นลำแสงไว้
          วัตถุโปร่งใส หมายถึง วัตถุที่ยอมให้แสงเคลื่อนที่เป็นตรงเส้นผ่านไปได้ เช่น อากาศ  น้ำ เป็นต้น  เราสามารถมองผ่านวัตถุโปร่งใส   เห็นสิ่งต่างๆได้  (ภาพที่  12.1) 
          แสงสามารถผ่านวัตถุโปร่งใสได้  เช่น  กระจกฝ้า  กระดาษฝ้า  พลาสติกฝ้า  วัตถุเหล่านี้ จะกระจายแสงออกไปโดยรอบ  ทำให้แสงเคลื่อนที่ไม่เป็นเส้นตรงเมื่อเคลื่อนที่ผ่านวัตถุโปร่งแสง

ภาพที่  12.1  แสดงวัตถุโปร่งใส (วัชรา  ทับอัตตานนท์ : 2543, 15)

          แสงจากดวงอาทิตย์เป็นแสงขาว  ซึ่งประกอบด้วยแสง  7 สี  ผสมอยู่ด้วยกัน  เราสามารถใช้ปริซึมแยกลำแสงขาวออกเป็นแสงทั้ง  7  สีได้  โดยจะเห็นเป็นแถบของแสงสีทั้งหมดเรียงติดกัน เราเรียกว่า  สเปกตรัม (Spectrum)  ในธรรมชาติสิ่งที่มีสมบัติเป็นปริซึม  ได้แก่  หยดน้ำฝน  ละอองไอน้ำ  โดยภายหลังจากฝนตกเมื่อแสงแดดส่องกระทบหยดน้ำฝนหรือละออง ไอน้ำ  เราจะมองเห็นแสงแดดเป็นแถบสีทั้ง  7  สี  ปรากฏขึ้นบนท้องฟ้า  ที่เรียกว่า   รุ้งกินน้ำ  (ภาพที่  12.2)
          สำหรับในอากาศหรือสูญอากาศ  แสงทั้ง  7  สี  จะเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็ว  3 x  10⁸  เมตรต่อวินาที  เท่ากันทุกสี  แต่หากเคลื่อนที่ผ่านตัวกลาง  เช่น  แก้ว  กระดาษ  พลาสติก  แสงแต่ละสีจะมีอัตราเร็วในการเคลื่อนที่ไม่เท่ากัน  โดยจะมีอัตราเร็วน้อยกว่าการเคลื่อนที่ในสุญญากาศ(สุญญากาศ  คือ  บริเวณที่ว่างเปล่าปราศจากอากาศ) 
          เมื่อแสงเคลื่อนที่จากอากาศไปยังตัวกลาง  หรือจากตัวกลางไปยังอากาศ  หรือเคลื่อนที่ผ่านตัวกลาง  2  ชนิด  จะทำให้อัตราเร็วของแสงและทิศการเคลื่อนที่ของแสงเปลี่ยนไป  เราเรียนว่า แสงเกิดการหักเห  ในตัวกลางที่หนาแน่นนั้น  แสงสีแดงจะเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าสีม่วง  ทำให้แสงสีแดงเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่น้อยกว่าแสงสีม่วง   ซึ่งเป็นสาเหตุให้เกิดการกระจายแสงสีขาวออกเป็น  7  สี  นั้นเอง

ภาพที่  12.2   การแสดงการกระจายของแสงขาว

(บุญถึง  แน่นหนา : 2544, 60)

          เราอาจใช้แสงเพียง  3  สีรวมกันเป็นแสงขาวได้  เรียกว่า  สีปฐมภูมิ(primarycolours)  ได้แก่  แสงสีน้ำเงิน  แสงสีเขียว  และแสงสีแดง  เมื่อมีปฐมภูมิทั้ง  3  นี้รวมกันจะได้แสงขาว  (ภาพที่  12.3)  ถ้านำแสงสีปฐมภูมิ  2  สี  มารวมกันจะได้  สีทุติยภูมิ(secondary  colours)  ซึ่งแสงของสีที่จะได้จากการผสมสีทุติยภูมิจะมีความแตกต่างกันในระดับความเข้มสีและความสว่างของแสง

ภาพที่  12.3  แสดงแสงขางประกอบด้วยแม่สีทั้งสามตามสัดส่วนที่เหมาะสม (บุญถึงแน่นหนา : 2544, 62)

          เรามองเห็นวัตถุโปร่งแสงด้วยตังเองไม่ได้เพราะมีแสงส่องมากระทบและสะท้อนจากวัตถุนั้นเข้าสู่นัยน์ตาของเรา  และสีของวัตถุก็ขึ้นอยู่กับคุณภาพของแสงที่สะท้อนนั้นด้วย  โดยวัตถุสีน้ำเงินจะสะท้อนออกไปมากที่สุด  สะท้อนแสงสีค้างเคียงออกไปบ้างเล็กน้อย และดูดกลืนแสงสีอื่น ๆ ไว้หมด  ส่วนวัตถุสีแดงจะสะท้อนแสงสีแดงออกไปมากที่สุด  มีสีข้างเคียงสะท้อนออกไปเล็กน้อยและดูดกลืนแสงสีอื่น ๆ  ไว้หมดสำหรับสีดำจะดูดกลืนทุกแสงสีและสะท้อนกลับได้เพียงเล็กน้อยเท่านั้น

ภาพที่  12.4  แสดงการมองเห็นสีแดง (มานี  จันทามล, 2545 : 103)

          แสงที่ออกมาจากแหล่งกำเนิดแสง  เมื่อเดินทางผ่านตัวกลางที่มีความหนาแน่ต่างกัน จะเกิดการหักเห  แต่จะผ่านเป็นเส้นตรงเมื่อเดินผ่านตัวกลางที่มีความหนาแน่นเท่ากันหรือเป็นตัวกลางชนิดเดียวกัน
          เลนส์และปริซึมเป็นอุปกรณ์ที่ทำให้เกิดการเบี่ยงเบนของลำแสงที่ส่องผ่าน  ต่างกันตรงที่ปริซึมสามารถแยกลำแสงที่ส่องผ่านออกเป็นแสงสีต่างๆ ตามองค์ประกอบของแสงนั้น ๆ หรือที่เรียกว่า  สเปกตรัม (spectrum)  (ภาพที่  12.5)

ภาพที่12.5  แสดงปริซึมแยกลำแสง  เรียกว่า สเปกตรัม

(บุญถึง  แน่นหนา : 2544,62)

          แสงเมื่อเดินทางจากตัวกลางหนึ่งไปยังตัวกลางอีกชนิดหนึ่งที่เป็นตัวกลางโปร่งใสและมีความหนาแน่นไม่เท่ากัน  ความเร็วในการเดินทางของแสงจะเปลี่ยนไป
          เมื่อแสงเดินทางจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากไปสู่ตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อย แสงจะหักเหออกจากเส้นปกติ 
          ถ้าแสงเดินทางจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากไปหาตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยแสงจะหักเหออกจาเส้นปกติ  ดังนั้นแสงเมื่อเดินทางในตัวกลางที่มีความหนาแน่นมาก  ความเร็วของแสงจะลดลง  จึงทำให้ลำแสงเบนไปจากแนวเดิม  เรียกว่า  แสงเกิดการหักเห  (ภาพที่  12.6)

ภาพที่  12.6  แสดงการหักเหแสงในตัวกลางต่างกัน 

(ยุพา  วรยศ, 2547 : 127)

 ภาพที่  12.7   แสกงการหักเหของแสง 

(บุญถึง แน่นหนา, 2544 : 56)

          แสงเมื่อเดินทางตกกระทบผิวหน้าของวัตถุอันหนึ่ง   เช่น  แสงเดินทางจากอากาศมากระทบแก้วโปร่งใส  แสงส่วนหนึ่งจะสะท้อนกลับ  อีกส่วนหนึ่งจะเดินทางผ่านเข้าไปในแก้ว  และแสงจะหักเหเข้าหาเส้นปกติ   เมื่อแสงเดินทางออกจากแก้วมาสู่อากาศ  แสงจะหักเหออกจากเส้นปกติ  ลำแสงก่อนตกกระทบแก้ว  และลำแสงที่ออกจากแก้วจึงมีลักษณะขนานกัน 
          เมื่อจุ่มหลอดดูดลงไปในน้ำที่บรรจุอยู่ในถ้วยแก้วจึงมองดูเหมือนกับว่าหลอดดูดส่วนที่จมอยู่ในน้ำโค้งงอ  มีขนาดใหญ่กว่าส่วนที่อยู่เหนือน้ำ   และปลาย ล่างสุดของหลอดดูดสูงขึ้นมากันแก้วที่เป็นเช่นนี้เพราะแสงจากหลอดดูดเกิดการหักเห ขณะเดินทางผ่านน้ำผ่านแก้ว  และผ่านอากาศมาเข้าตาของเรา  (ภาพที่  12.7  ก)
          การหักเหของแสงทำให้เรามองเห็นภาพของวัตถุอันหนึ่งที่จมอยู่ก้นสระน้ำอยู่ตื้นกว่า ความเป็นจริง  (ภาพที่  12.7  ข)   ที่เป็นเช่นนี้ก็เพราะแสงจากก้นสระว่ายน้ำจะหักเหเมื่อเดินทางจากน้ำสู่อากาศ  ทั้งนี้เพราะความเร็วของแสงที่เดินทางในอากาศเร็วกว่าเดินทางในน้ำ  จึงทำให้้แสงช่วงที่ออกจากน้ำสู่อากาศหักเหออกจากเส้นปกติ  จึงทำให้เห็นภาพของวัตถุอยู่ตื้นกว่าความเป็นจริง (ภาพที่  12.8)

ภาพที่  12.8  แสดงการหักเหของแสงทำให้เราเห็นวัตถุใต้น้ำผิด

ไปจากค่าความจริง (บุญถึง  แน่นหนา : 2544, 56)

          แสงที่เดินทางจากตัวกลางที่โปร่งแสงไปสู่ตัวกลางที่โปร่งใส  เช่น  จากแก้วไปสู่อากาศ ถ้ามุมตกกระทบน้อย   กว่า  42  องศา  แสงบางส่วนจะสะท้อนกลับและบางส่วนจะทะลุออกอากาศ แต่ถ้าที่มุมแก้วตกกระทบแก้วกับ  42  องศา  แสงจะสะท้อนกลับคืนสู่แก้วหมดไม่มีแสงออกจากอากาศเลย  ลักษณะเช่นนี้เรียกว่า  การสะท้อนกลับหมด  นั้นคือ  รอยต่อแก้วกับอากาศทำหน้าที่เสมือนการตกกระทบที่จะทำให้แสงสะท้อนกลับหมด  ซึ่งจะมีค่าแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับชนิดของตัวกลาง (ภาพที่  12.9)

ภาพที่  12.9   แสดงการสะท้อนกลับหมด

(บุญถึง  แน่นหนา, 2544 : 56)

          เมื่อแสงตกกระทบวัตถุ แสงบ่างส่วนจะสะท้อนจากวัตถุ  ถ้าแสงสะท้อนจากวัตถุเข้าสู่นัยน์ตาจะเกิดการมองเห็นและรับรู้เกี่ยวกับวัตถุนั้นได้

 ภาพที่  12.10  แสดงการสะท้อนของแสง (มานี  จันทวิมล, 2545 : 103)

          จากรูป    เมื่อแสงตกกระทบวัตถุทึบแสงผิงเรียบสามารถใช้เส้นตรงและหัวลูกศรแสดงทิศทางของรังสีตกกระทบและรังสีสะท้อน  เมื่อลากเส้นทางเดินของแสงเมื่อตกกระทบวัตถุจะเกิดมุม 2  มุม  โดยเรียกมุมอยู่ระหว่างรังสีตกกระทบกับเส้นปกติกว่า”มุมตกกระทบ” และเรียกมุมที่อยู่ระหว่างรังสีสะท้อนกับเส้นปกติว่า”มุมสะท้อน”  (ภาพที่12.10) ซึ่งการสะท้อนแสงบนผิววัตถุอธิบายได้ด้วย 

กฎการสะท้อน  ดังนี้
          1.  รังสีตกกระทบ  เส้นปกติ  และรังสีสะท้อนอยู่ในระนาบเดียวกัน
          2.  มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน
          เมื่อแสงตกกระทบวัตถุผิวเรียบเกิดการสะท้อนของแสงอย่างเป็นระเบียบ  แต่ถ้าแสงตกกระทบพื้นผิวขรุขระ  แสงสะท้อนจะสะท้อนอย่างกระจัดกระจายดัง  (ภาพที่  12.11)

ภาพที่  12..11  แสดงการสะท้อนของแสง  (บุญถึง  แน่นหนา  : 2544, 53)

            มุมวิกฤต  (criticsl  angle)  เป็นมุมตกกระทบค่าหนึ่งทำให้เกิดมุมหักเหมีค่าเป็น  90  องศา  มุมวิกฤตจะเกิดขึ้นได้เมื่อรังสีตกกระทบผ่านตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากไปยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า  เช่น  เมื่อแสงผ่านแก้วสู่อากาศด้วยมุมวิกฤต จะทำให้แนวรังสีหักเหทับอยู่บนรอยต่อของตัวกลางทั้งสอง
            การสะท้อนกลับหมด (total  reflection)  เกิดจากการเดินทางของแสงจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากกว่าไปยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า  เมื่อแสงเคลื่อนที่ถึงรอยต่อระหว่างตัวกลางจะเกิดการสะท้อนกลับสู่ตรงกลางเดิม  การสะท้อนกลับหมดจะเกิดขึ้นเมื่อมุมตกกระทบมีค่ามากกว่ามุมวิกฤต  ทำให้ลำแสงไม่หักเหเข้าไปในตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า  แต่เกิดการสะท้อนกลับหมดแทน  เช่น  การสะท้อนกลับหมดของแสงในเส้นใยนำแสงในการแสดงดนตรีบนเวที  (ภาพที่  12.12)

ภาพที่  12.12   แสดงการสะท้อนกลับมาของแสง
(บุญถึง  แน่นหนา, 2544 : 53)

            มิราจ  (mirage)  หรือภาพลวงตา  เป็นปรากฏการณ์ซึ่งเกิดจากการหักเหของแสงเนื่องจากชั้นของอากาศที่แสงเดิมทางผ่านมีอุณหภูมิต่างกัน  แล้วเกิดการสะท้อนกลับหมด  เช่น 
            -   การมองเห็นต้นไม้กลับหัว
            -   การมองเห็นเหมือนมีน้ำหรือน้ำมันนองพื้นถนน  ในวันที่มีอากาศร้อนจัด  (ภาพที่ 12.13) 
            -   การมองเห็นภาพบิดเบี้ยว  เนื่องจากไอของความร้อนขยายตัวลอยสูงขึ้นจากผิวถนน

ภาพที่  12.13  แสดงการเกิดภาพลวงตา

(บุญถึง  แน่นหนา, 2544 : 57)