ปากกาโค้งงอบนผิวน้ำเนื่องจากการหักเหของแสง 
 การหักเหของลำแสงผ่านก้อนพลาสติกใส
**การหักเห** (refraction) คือการเปลี่ยนแปลงทิศทางของคลื่นที่ส่วนรอยต่อระหว่างตัวกลางต่างกัน เมื่อผ่านตัวกลางที่เปลี่ยนไป ทิศทางของการเดินทางจะเปลี่ยนไปเนื่องจากความเร็วเปลี่ยนไปโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงความถี่ของคลื่น

การหักเหของแสงเป็นตัวอย่างที่คุ้นเคยที่สุด แต่คลื่นเสียงและคลื่นน้ำก็เกิดการหักเหเช่นกัน การเปลี่ยนแปลงทิศทางการแผ่ของคลื่นแสงจะเป็นไปตามกฎของสแน็ล ซึ่งอธิบายโดยใช้หลักการของเฮยเคินส์ พฤติกรรมการสะท้อนแสงบางส่วนอธิบายโดยสมการแฟรแนล ส่วนคำอธิบายในทางกลศาสตร์ควอนตัมว่าทำไมแสงจึงหักเหนั้นอาจแสดงได้โดยปริพันธ์ตามวิถี

ภาพรวม
------

 รูปแสดงสาเหตุที่เห็นแท่งไม้งอในน้ำ
ตัวอย่างเช่น ลำแสงที่ส่องผ่านกระจกจะหักเหจนดูงอเนื่องจากแก้วมีค่าดรรชนีหักเหแตกต่างจากอากาศ ส่วนกรณีเมื่อแสงตกกระทบในแนวตั้งฉากกับพื้นผิวกระจก ทิศทางการเดินทางของแสงจะไม่เปลี่ยนแปลง มีเพียงความเร็วเท่านั้นที่เปลี่ยนไป

ดังที่แสดงในรูปทางด้านซ้าย ปรากฏการณ์ที่แท่งไม้ซึ่งยื่นลงไปในน้ำดูเหมือนจะงอนั้นสามารถอธิบายได้โดยการหักเหของแสง เนื่องจากดรรชนีหักเหแสงของอากาศอยู่ที่ประมาณ 1.0003 และของน้ำมีค่าประมาณ 1.3330 แสงที่สะท้อนจากน้ำจะถูกหักเหก่อนที่จะมาถึงดวงตา กล่าวอีกนัยหนึ่ง ตำแหน่งที่ปรากฏของ X กลายเป็น Y เนื่องจากแสงที่มาจาก X ในรูปหักเหบนผิวน้ำ ทำให้แท่งที่จมอยู่ใต้น้ำดูเหมือนอยู่สูงกว่าที่เป็นจริง

เมื่อแสงแผ่จากตัวกลางที่มีดรรชนีหักเหสูงไปยังตัวกลางที่มีดรรชนีหักเหของแสงต่ำ แสงอาจสะท้อนกลับไปทั้งหมดโดยไม่เกิดการหักเหเรียกปรากฏการณ์นี้ว่า การสะท้อนกลับทั้งหมด หลักการนี้ใช้ประโยชน์ในอุปการณ์ทางแสง เช่น ใยแก้วนำแสง เป็นต้น การหักเหสองแนว อาจเกิดขึ้นเมื่อคลื่นเดินทางผ่านตัวกลางแอนไอโซทรอปิก

### กฎของสเน็ล

การหักเหแสงตามกฎของสแน็ล
ดูบทความหลักที่: กฎของสแน็ล
กฎของสแน็ลเป็นกฎที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วการแผ่ของคลื่นที่เดินทางผ่านตัวกลางสองตัว กับมุมตกกระทบ และมุมหักเห ให้ความเร็วคลื่นในตัวกลาง A เป็น {\displaystyle v\_{\mathrm {A} }} ความเร็วคลื่นในตัวกลาง B เป็น {\displaystyle v\_{\mathrm {B} }} มุมตกกระทบจากตัวกลาง A ถึงตัวกลาง B เป็น {\displaystyle \theta \_{\mathrm {A} }} มุมตกกระทบจากตัวกลาง B ถึงตัวกลาง A เป็น {\displaystyle \theta \_{\mathrm {B} }} แล้วจะได้ความสัมพันธ์ดังต่อไปนี้

{\displaystyle {\sin \theta \_{\mathrm {A} } \over {\sin \theta \_{\mathrm {B} }}}={v\_{\mathrm {A} } \over {v\_{\mathrm {B} }}}=n\_{\mathrm {AB} }}
ในที่นี้ {\displaystyle n\_{\mathrm {AB} }} คือดรรชนีหักเห ของตัวกลาง B เทียบกับตัวกลาง A

### สมการแฟรแนล

ดูบทความหลักที่: สมการแฟรแนล
สมการแฟรแนล เป็นสมการที่อธิบายลักษณะการสะท้อนและหักเหของแสงที่ส่วนรอยต่อระหว่างตัวกลาง เมื่อแสงแผ่จากตัวกลางที่มีดรรชนีหักเหเป็น {\displaystyle n} ไปยังตัวกลางที่มีดรรชนีหักเหเป็น {\displaystyle n'} โดยแนวการตกกระทบตั้งฉากกับส่วนรอยต่อของตัวกลาง ความเข้มของแสงสะท้อนเมื่อ {\displaystyle I} จะคำนวณจากความเข้มของแสงที่ตกกระทบ {\displaystyle I\_{0}} เป็น 

{\displaystyle I=I\_{0}\left({\frac {n-n'}{n+n'}}\right)^{2}}

ถ้าแสงที่ตกกระทบเป็นแสงโพลาไรซ์ โดยมุมตกกระทบเป็น {\displaystyle \theta \_{i}} และมุมสะท้อนเป็น {\displaystyle \theta \_{r}} ในกรณีที่ทิศทางขององค์ประกอบสนามไฟฟ้าภายในคลื่นแสงอยู่ในแนว**ตั้งฉาก**กับระนาบการหักเห จะได้ว่า

{\displaystyle I=I\_{0}\left({\frac {\sin ^{2}(\theta \_{i}-\theta \_{r})}{\sin ^{2}(\theta \_{i}+\theta \_{r})}}\right)}

สำหรับกรณีที่ทิศทางขององค์ประกอบสนามไฟฟ้า**ขนาน**กับระนาบการหักเหจะได้ว่า

{\displaystyle I=I\_{0}\left({\frac {\tan ^{2}(\theta \_{i}-\theta \_{r})}{\tan ^{2}(\theta \_{i}+\theta \_{r})}}\right)}

ปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ
---------------------

การหักเหของแสงทำให้เกิดปรากฏการณ์ทางแสงมากมาย เช่น รุ้งกินน้ำ มิราจ ทรงกลด ฯลฯ ส่วนตัวอย่างปรากฏการณ์จากการหักเหของคลื่นเสียง เช่น ในบางสภาพอากาศจะได้ยินเสียงรถไฟทีอยู่ห่างไกลชัดเจนขึ้นมา ซึ่งอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าเกิดการผกผันของชั้นบรรยากาศขึ้นบนท้องฟ้า และ อัตราเร็วของเสียงในอากาศที่มีอุณหภูมิต่ำจะลดลง ดังนั้นคลื่นเสียงที่เดินทางขึ้นด้านบนจะถูกหักเหและกลับสู่พื้นดินอีกครั้ง

อุปกรณ์
-------

 เลนส์
 ปริซึม
* เลนส์ - เลนส์นูนจะหักเหแสงที่ผ่านเข้ามาและรวมแสงไว้ที่จุดเดียว ส่วนเลนส์เว้าจะหักเหแสงและทำให้ไปในทางขนานกัน เพื่อให้ผู้สังเกตเห็นภาพที่ขยายหรือย่อจากภาพจริง ถูกใช้ใน กล้องถ่ายภาพ, กล้องจุลทรรศน์, กล้องโทรทรรศน์, แว่นตา, ฯลฯ
* ปริซึม - อาศัยการที่ดรรชนีหักเหของแสงจะต่างกันไปตามความยาวคลื่น ทำให้เกิดการกระจายของแสง เกิดเป็นสเปกตรัมสีรุ้งกินน้ำ

อ้างอิง
-------

1. 1 2 3 4  斉藤晴男 兵藤申一 (1993年). *高等学校 物理IB*. 啓林館.
2. ↑  R. P. Feynman "Space-Time Approach to Non-Relativistic Quantum Mechanics" Rev. Mod. Phys. **20** (1948) 367.
3. ↑  R. P. Feynman "Space-Time Approach to Quantum Electrodynamics" Phys. Rev. 76, (1949) pp.769-89
4. ↑  "複屈折とは". ユニオプト株式会社. สืบค้นเมื่อ 2017-01-02.
5. ↑  "フレネルの反射公式". コトバンク. สืบค้นเมื่อ 2017-01-01.

คอมมอนส์ มีภาพและสื่อเกี่ยวกับ:  
**การหักเห**