สรุป

สรุป

คลื่นส่งพลังงานจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง (แม้ว่าแต่ละส่วนของคลื่นเพียงแต่สั่นกลับไปกลับมา) ใน คลื่นตามขวาง (เช่น คลื่นน้าและคลื่นแสง) การสั่นตั้งฉากกับทิศทางของคลื่น ในคลื่นตามยาว (เช่น คลื่นเสียง) การสั่นไปในทิศทางเดียวกับคลื่น


- ความยาวคลื่นยิ่งสั้น ความถี่จะยิ่งสูงมากสาหรับคลื่นทุกชนิด

                อัตราเร็ว = ความถี่ xความยาวคลื่น


- คลื่นสามารถสะท้อนและหักเหได้ คลื่นสามารถเลี้ยวเบนผ่านช่องเปิดแคบได้

คลื่นนิ่ง

คลื่นนิ่ง

คือ การแทรกสอดของคลื่นเหมือนกัน 2ขบวน เคลื่อนที่ในทิศทางตรงกันข้ามโดยคลื่นทั้งสองจะต้องมีแอมพลิจูด เท่ากัน ความถี่เท่ากัน ความยาวคลื่นเท่ากัน และอัตราเร็วเท่ากัน

ความสัมพันธ์ระหว่างความยาวคลื่นของคลื่นนิ่ง ในเส้นเชือกที่ยาว L

ความถี่มูลฐาน คือ ความถี่ที่น้อยที่สุดที่ทาให้เกิดการสั่นพ้อง หรือคลื่นนิ่งในเส้นเชือกหรือฮาร์มอนิกที่หนึ่ง (n = 1)

ตัวอย่าง คลื่นรวมที่เกิดจากการแทรกสอดของคลื่น 2 ขบวนที่เกิดจากแหล่งกาเนิดอาพันธ์ ซึ่งมีแอมพลิจูดเท่ากันแต่ มีเฟสต่างกัน π เรเดียน จะมีลักษณะอย่างไร ถ้าเคลื่อนที่ไปทิศทางเดียวกัน

เหตุผล การรวมที่เกิดจากการแทรกสอดของคลื่นอาพันธ์ 2 ขบวน ที่มีแอมพลิจูดเท่ากัน แต่เฟสต่างกัน π เรเดียน และเคลื่อนที่ไปทางเดียวกันจะมีความถี่เท่าเดิม แต่แอมพลิจูดเป็นศูนย์ ดังรูป

สมบัติของคลื่น : การเลี้ยวเบนของคลื่น

สมบัติของคลื่น : การเลี้ยวเบนของคลื่น

การเลี้ยวเบนของคลื่น คือ ปรากฏการณ์ที่คลื่นสามารถแผ่จากขอบของสิ่งกีดขวางไปทางด้านหลังของสิ่งกีดขวาง

รูปการเลี้ยวเบนของคลื่นจากช่องเปิดที่แคบมากๆ (d<<λ)


หลักการของฮอยเกนส์

มีหลักว่า “แต่ละจุดบนหน้าคลื่นถือได้ว่าเป็นแหล่งกาเนิดใหม่ ซึ่งส่งคลื่นออกไปทุกทิศทางด้วยอัตราเร็วเท่ากับ อัตราเร็วของคลื่นเดิม”

สมบัติของคลื่น : การแทรกสอดของคลื่น

สมบัติของคลื่น : การแทรกสอดของคลื่น

      การแทรกสอดของคลื่น คือ การรวมกันของคลื่นที่ส่งกันมาเป็นขบวนต่อเนื่อง

        รูปการแทรกสอดของคลื่นน้าต่อเนื่อง 2 คลื่น

- บัพและปฏิบัพ

บัพ (node:N ) หมายถึง จุดที่คลื่นมาพบกันแล้วแทรกสอดกัน หักล้างหมดตลอดเวลา

ปฏิบัพ (antinode: A) หมายถึง จุดที่คลื่นมาพบกันแล้วแทรกสอดแบบเสริมกันตลอดเวลา

     รูปการรวมกันของคลื่นแบบหักล้างและเเบบเสริม

สมบัติของคลื่น : การหักเห

สมบัติของคลื่น : การหักเห

       เมื่อคลื่นผ่านจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลางหนึ่ง ซึ่งมีความหนาแน่นไม่เท่ากัน จะทำให้อัตราเร็ว ( v ) แอมพลิจูด (A) และความยาวคลื่น (λ)เปลี่ยนไป แต่ความถี่ ( f ) จะคงเดิม

       ในกรณีที่คลื่นตกกระทบพุ่งเข้าตกตั้งฉากกับแนวรอยต่อตัวกลาง คลื่นที่ทะลุลงไปในตัวกลางที่ 2 จะมีแนวตั้งฉากกับแนวรอยต่อตัวกลางเช่นเดิม แต่หากคลื่นตกกระทบตกเอียงทำมุมกับแนวรอยต่อตัวกลาง คลื่นที่ทะลุลงไปในตัวกลางที่ 2 จะไม่ทะลุลงไปในแนวเส้นตรงเดิม แต่จะมีการเบี่ยงเบนไปจากแนวเดิมดังรูป ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าเกิดการหักเหของคลื่น


● การหักเหของคลื่น

     การหักเหของคลื่น คือ การเปลี่ยนแปลงอัตราเร็วและความยาวคลื่นเมื่อคลื่นเคลื่อนที่ผ่านจากตัวกลางหนึ่ง ไปยังอีกตัวกลางหนึ่ง

 - กฏการหักเห มีหลักว่า “อัตราส่วนของค่า sine ของมุมในตัวกลางที่ 1 ต่อค่า sineของมุมในตัวกลางที่ 2 จะมีค่าคงที่เสมอ เรียกอัตราส่วนนี้ว่า ดรรชนีหักเหของตัวกลางที่ 2เทียบกับตัวกลางที่ 1’’

                  รูปหน้าคลื่นตกกระทบขนานกับรอยต่อ

            รูปหน้าคลื่นตกกระทบไม่ตั้งฉากกับรอยต่อ


ข้อสังเกต:

1) คลื่นในน้าลึก อัตราเร็วคลื่น (v) จะมาก ความยาวคลื่น (λ) จะยาว มุม θ จะใหญ่
2) คลื่นในน้าตื้น อัตราเร็วคลื่น (v) จะน้อย ความยาวคลื่น (λ) จะสั้น มุม θ จะเล็ก

สมบัติของคลื่น : การสะท้อนของคลื่นในเส้นเชือก

สมบัติของคลื่น : การสะท้อนของคลื่นในเส้นเชือก

          หากเรานำเชือกเส้นหนึ่งมามัดติดเสา ปลายอีกข้างหนึ่งใช้มือดึงให้ตึงพอสมควร จากนั้น สะบัดให้เกิดคลื่นในเส้นเชือก คลื่นนี้จะเคลื่อนที่จากจุดที่ใช้มือสะบัดพุ่งเข้าหาต้นเสา และเมื่อคลื่นกระทบเสาแล้วจะสามารถสะท้อนย้อนกลับออกมาได้ด้วย สำหรับการสะท้อนของคลื่นในเส้นเชือกนี้จะเป็นไปได้ 2กรณี ได้แก่


1) ถ้าปลายเชือกมัดไว้แน่น คลื่นที่ออกมาจะมีลักษณะตรงกันข้ามกับคลื่นที่เข้าไป นั่นคือคลื่นที่สะท้อนออกมาจะมีเฟสเปลี่ยนไป180⁰

2) ถ้าปลายเชือกมัดไว้หลวมๆ ( จุดสะท้อนไม่คงที่ ) คลื่นที่สะท้อนออกมาจะมีลักษณะเหมือนคลื่นที่เข้าไป นั่นคือคลื่นที่สะท้อนออกมาจะมีเฟสเท่าเดิมหรือมีเฟสเปลี่ยนไป 0⁰

สมบัติของคลื่น : การสะท้อนของคลื่น

สมบัติของคลื่น : การสะท้อนของคลื่น

       การสะท้อนของคลื่น เกิดขึ้นเมื่อคลื่นเคลื่อนที่ถึงปลายสุดของเชือก หรือสปริงที่ตรึงไว้ คลื่นจะสะท้อนกลับมา แอมพลิจูดของคลื่นที่สะเท้อนกลับ มีทิศตรงข้ามกับแอมพลิจูดของคลื่นเดิม (เฟสตรงข้ามกับคลื่นเดิม)

                     รูปการสะท้อนของคลื่นวงกลม

           รูปการสะท้อนของหน้าคลื่นที่เป็นเส้นตรง


1) สมบัติการสะท้อนของคลื่น มีดังนี้

    1.1) อัตราเร็วของคลื่นสะท้อนมีค่าเท่ากับอัตราเร็วของคลื่นตกกระทบเสมอ
    1.2) ความถี่ของคลื่นสะท้อนมีค่าเท่ากับความถี่ของคลื่นตกกระทบ
    1.3) ความยาวคลื่นของคลื่นสะท้อนเท่ากับความยาวคลื่นของคลื่นตกกระทบ
     1.4) ถ้าการสะท้อนไม่สูญเสียพลังงาน แอมพลิจูดของคลื่นสะท้อนมีค่าเท่ากับแอมพลิจูดของคลื่นตกกระทบ


2) กฏการสะท้อน

    2.1) มุมตกกระทบ = มุมสะท้อน

    2.2) รังสีตกกระทบ เส้นปกติ และรังสีสะท้อนต้องอยู่บนระนาบเดียวกัน

รูปการสะท้อนของคลื่นต่อเนื่องเส้นตรงจากแผ่นกั้นผิวโค้งเว้า

รูปการสะท้อนของคลื่นต่อเนื่องวงกลมจากแผ่นกั้นผิวโค้งเว้า

การซ้อนทับของคลื่น

การซ้อนทับของคลื่น

        หลักการซ้อนทับ ( principle of superposition ) กล่าวว่า “ เมื่อคลื่นตั้งแต่สองคลื่นมาพบกันแล้วเกิดการรวมกัน การกระจัดของคลื่นรวมจะมีค่าเท่ากับผลบวกการกระจัดของคลื่นแต่ละคลื่นที่มาพบกัน หลังจากที่คลื่นเคลื่อนผ่านพ้นกันแล้ว แต่ละคลื่นยังคงมีรูปร่างและทิศทางการเคลื่อนที่เหมือนเดิม ”

      รูปการซ้อนทับของคลื่นดลที่มีการกระจัดในทิศเดียวกัน   

 รูปการซ้อนทับของคลื่นดลที่มีการกระจัดในทิศตรงข้ามกัน

     

ส่วนประกอบต่างๆของคลื่น

 ส่วนประกอบต่างๆ ของคลื่น

1) แอมพลิจูด คือ ระยะการกระจัดที่มีค่ามากที่สุดจากแนวสมดุลไปยังสันคลื่น หรือท้องคลื่น (ระยะ A)


2) ยอดคลื่น หรือ สันคลื่น คือ ตำแหน่งบนสุดของคลื่นแต่ละลูก


3) ท้องคลื่น คือ ตำแหน่งล่างสุดของคลื่นแต่ละลูก


4) ความยาวคลื่น คือ ความยาวของคลื่น 1 ลูก เป็นระยะทางที่วัดจากเฟสถึงเฟสเดียวกันของคลื่นลูกถัดไป


6) คาบ (period , T) คือเวลาที่คลื่นใช้ในการเคลื่อนที่ครบ 1 ลูกคลื่น มีหน่วยเป็น วินาที (s)


7) ความถี่ (frequency , f ) คือจํานวนลูกคลื่นที่เกิดขึ้นในหนึ่งหน่วยเวลา เช่น ถ้าเกิด คลื่น 3ลูกในเวลา 1 วินาที เช่นนี้เรียกได้ว่าความถี่คลื่นมีค่า 3 รอบต่อวินาที ความถี่ มีหน่วยเป็น รอบ/วินาที หรือ 1 /วินาที หรือสั้นๆ ว่า เฮิตรซ์  (Hz) เราอาจคํานวณหาค่าความถี่ได้จาก

8) อัตราเร็วคลื่น (wave speed , v ) คือระยะทางที่คลื่นเคลื่อนที่ได้ในหนึ่งหน่วยเวลา เราสามารถคํานวณหาอัตราเร็วคลื่นได้จาก

9) เฟสของคลื่น (phase , Φ ) เป็นการบอกตำแหน่งบนหน้าคลื่นในรูปของมุมหน่วย องศาหรือเรเดียนสูตรใช้คํานวณเกี่ยวกบเฟสของคลื่น ได้แก่

10) เฟสตรงกัน คือจุดบนหน้าคลื่นซึ่งอยู่ห่างกันเท่ากับ n λ เมื่อ n = 1 , 2 , 3 , …


11) เฟสตรงกันข้าม คือจุดบนหน้าคลื่นซึ่งอยู่ห่างกัน ( n – 21) λ เมื่อ n = 1 , 2 , 3 , …

ชนิดของคลื่น

ชนิดของคลื่น

1. การจำแนกคลื่นตามลักษณะของตัวกลาง แบ่งออกเป็น 2 ประเภท ดังนี้

                1) คลื่นกล (mechanical wave) คือ คลื่นที่ต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่สามารถถ่ายทอดและโมเมนตัมโดยอาศัยความยืดหยุ่นของตัวกลาง เช่น คลื่นเสียง คลื่นน้ำ คลื่นในเส้นเชือก

                2) คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic wave) คือ คลื่นที่ไม่ต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ เช่น แสงคลื่นวิทยุ คลื่นโทรทัศน์


2. การจำแนกคลื่นตามลักษณะการกำเนิดคลื่น แบ่งเป็น 2 ประเภท ดังนี้

                1) คลื่นดล (pulse wave) คือ คลื่นที่เกิดจากแหล่งกำเนิดสั่นเพียงครั้งเดียว ทำให้เกิดคลื่นเพียงหนึ่งลูก อาจมีลักษณะกระจายออกจากแหล่งกำเนิดที่ทำให้เกิดคลื่น เช่น การโยนหินลงไปในน้ำ

                2) คลื่นต่อเนื่อง (continuous wave)คือ คลื่นที่เกิดจากการสั่นของแหล่งกำเนิดหลายครั้งติดต่อกัน ทำให้เกิด คลื่นหลายลูกติดต่อกัน โดยความถี่ของคลื่นที่เกิดขึ้นเท่ากับความถี่ของการรบกวนของแหล่งกำเนิดคลื่น เช่น คลื่นน้ำที่ เกิดจากการใช้มอเตอร์


3. การจำแนกคลื่นตามลักษณะการเคลื่อนที่แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ

              1) คลื่นตามยาว (longitudinal wave) คือ คลื่นที่อนุภาคของตัวกลางที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่านมีการเคลื่อนที่ไปกลับ ในทิศทางเดียวกันกับทิศทางที่คลื่นเคลื่อนที่ เช่น คลื่นเสียง คลื่นที่เกิดจากการอัดและขยายของสปริง

             2) คลื่นตามขวาง (transverse wave) คือ คลื่นที่ทำให้อนุภาคของตัวกลางที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่านมีการเคลื่อนที่ ไปกลับในทิศทางตั้งฉากกับทิศทางที่เคลื่นเคลื่อนที่เช่น คลื่นในเส้น เชือก คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า