ข่าว O-NET/GAT/PAT
ข่าวการศึกษา
คะแนน แอดมิชชั่น
สูงสุด-ต่ำสุด
คณิตศาสตร์
วิทยาศาสตร์
ฟิสิกส์ - เคมี - ชีวะ
ฟิสิกส์
บทเรียนฟิสิกส์
ศัพท์ฟิสิกส์
แบบฝึกหัดฟิสิกส์
เคมี
ชีววิทยา
ภาษาอังกฤษ
ภาษาไทย
ดาราศาสตร์
ประวัติศาสตร์
มุมคนเก่ง
คลังข้อสอบเก่า
คลังความรู้หลักสูตรเก่า
I.Q. Tests
 

 

หน้าแรก | มุมนักเรียน | หน้าแรกฟิสิกส์-เคมี-ชีวะ | หน้าแรกฟิสิกส์ | บทเรียนฟิสิกส์

บทเรียนฟิสิกส์
   

คลื่นกล : สมบัติของคลื่น (2)
 
ระดับชั้น : มัธยม 5

การถ่ายโอนพลังงานของคลื่นกล คลื่นผิวน้ำ การซ้อนทับของคลื่น
สมบัติของคลื่น (1) สมบัติของคลื่น (2) คลื่นนิ่งและการสั่นพ้อง

การแทรกสอด

การแทรกสอดของคลื่นเกิดจากคลื่นต่อเนื่องสองขบวนที่เหมือนกันทุกประการ มาพบกันและเกิดการซ้อนทับกัน โดยเมื่อใดที่สันคลื่นพบท้องคลื่น ตำแหน่งนั้นแอมพลิจูดของคลื่นทั้งสองจะหักล้างกัน ทำให้ผิวน้ำไม่กระเพื่อม เรียกว่าเกิดการแทรกสอดแบบหักล้าง ตำแหน่งที่ผิวน้ำไม่กระเพื่อมหรือมีการกระจัดเป็นศูนย์ เรียกว่า บัพ แต่ถ้าสันคลื่นพบสันคลื่น หรือท้องคลื่นพบท้องคลื่น แอมพลิจูดของคลื่นทั้งสอง ณ ที่นั่นจะเสริมกัน ทำให้ผิวน้ำ ณ ตำแหน่งนั้นมีระดับสูงขึ้นมากที่สุดหรือลดต่ำมากที่สุด ตามลำดับ เรียกว่าการแทรกสอดแบบเสริม และเรียกตำแหน่งที่ผิวน้ำกระเพื่อมมากที่สุดหรือมีการกระจัดมากที่สุดว่า ปฏิบัพ เมื่อเขียนเส้นเชื่อมต่อบัพที่อยู่ถัดกันจะได้เส้นบัพ และถ้าเขียนเส้นเชื่อมต่อปฏิบัพที่อยู่ถัดกันไปจะได้เส้นปฏิบัพ

เส้นบัพและเส้นปฏิบัพที่เกิดจากการแทรกสอดของคลื่น

จากรูปถ้าพิจารณาเฉพาะเส้นบัพและปฏิบัพ โดย S1 และ S2 เป็นแหล่งกำเนิดอาพันธ์ A0 A1 A2 ... เป็นเส้นปฏิบัพ N1 N2 N3 ... เป็นเส้นบัพ

เมื่อพิจารณาเส้นปฏิบัพทุกๆ จุดบนเส้นปฏิบัพทุกจุด คลื่นจะมีการแทรกสอดแบบเสริม นั่นคือ สันคลื่นซ้อนทับสันคลื่น และท้องคลื่นซ้อนทับท้องคลื่นพอดี ดังนั้น ผลต่างระหว่างระยะทางจากแหล่งกำเนิดคลื่นทั้งสองไปยังจุดใดๆ บนเส้นปฏิบัพจะเท่ากับจำนวนเต็มของความยาวคลื่นเสมอ เช่น P ตามรูป จะได้

.................... สมการที่ 8

ในทำนองเดียวกัน ทุกๆ จุดบนเส้นบัพ คลื่นมีการแทรกสอดแบบหักล้าง นั่นคือ สันคลื่นซ้อนทับกับท้องคลื่นพอดี ดังนั้น ผลต่างระหว่างระยะทางจากแหล่งกำเนิดคลื่นทั้งสองไปยังจุดใดๆ บนเส้นบัพ เท่ากับจำนวนเต็มบวกครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นเสมอ เช่น Q ตามรูป จะได้

.................... สมการที่ 9

ปริมาณ S1P - S2P และ S1Q - S2Q เรียกว่า ความต่างระยะทาง

ขณะเกิดการแทรกสอด ในแนว S1 และ S2 ตามรูป รูปคลื่นที่เกิดขึ้นจะปรากฏเสมือนนิ่งอยู่กับที่ เรียกว่า คลื่นนิ่ง

คลื่นนิ่งของคลื่นหน้าตรงสามารถทำให้เกิดขึ้นได้ โดยให้คลื่นผิวน้ำที่มีหน้าคลื่นเส้นตรงเคลื่อนที่จากแหล่งกำเนิดไปกระทบแผ่นกั้นขอบตรงที่ขนานกับหน้าคลื่น คลื่นที่สะท้อนกลับจะแทรกสอดกับคลื่นเดิม

คลื่นนิ่งเกิดในเส้นเชือกได้เช่นกัน คือ เมื่อทำให้เกิดคลื่นในเส้นเชือกที่ปลายข้างหนึ่งตรึงและมีความตึงพอเหมาะ คลื่นที่สะท้อนกลับจะแทรกสอดกับคลื่นตกกระทบ โดยการแทรกสอดแบบเสริมจะอยู่ที่ตำแหน่งหนึ่ง การแทรกสอดแบบหักล้างก็จะอยู่ที่อีกตำแหน่งหนึ่งตลอดเวลา ทำให้เห็นตำแหน่งที่อนุภาคของเส้นเชือกสั่นมากที่สุด หรือมีการกระจัดมากที่สุดซึ่งเป็นปฏิบัพ และตำแหน่งที่อนุภาคของเส้นเชือกไม่สั่นเลยหรือมีการกระจัดเป็นศูนย์ซึ่งเป็นบัพ

การเลี้ยวเบนของคลื่น

เมื่อนำแผ่นกั้นขวางการเคลื่อนที่ของคลื่นบางส่วน พบว่า มีคลื่นส่วนหนึ่งแผ่กระจายจากขอบของแผ่นกั้นไปทางด้านหลังของแผ่นกั้นนั้น การที่คลื่นปรากฏในบริเวณด้านหลังของแผ่นกั้นเช่นนี้ เรียกว่า การเลี้ยวเบน ถ้าเพิ่มความยาวคลื่นของคลื่นตกกระทบก็จะเห็นการเลี้ยวเบนเกิดมากขึ้น

เมื่อคลื่นเคลื่อนที่ปะทะสิ่งกีดขวางที่มีช่องเปิด คลื่นจะเลี้ยวเบนเช่นกัน การเลี้ยวเบนจะเกิดมากหรือน้อยขึ้นกับความกว้าง (d) ของช่องเปิด ถ้าช่องเปิดมีความกว้างน้อยน้อยกว่าความยาวคลื่น (λ)

สำหรับช่องเปิดที่แคบมาก คลื่นจะแผ่ออกทำให้ช่องเปิดเสมือนเป็นแหล่งกำเนิดคลื่นวงกลม และถ้าสิ่งกีดขวางสองแหล่งมีช่องเปิดสองช่องที่แคบมาก ช่องเปิดทั้งสองจึงเป็นเสมือนแหล่งกำเนิดคลื่นวงกลม ทำให้เกิดการแทรกสอดของคลื่น จึงนับได้ว่าเป็นการแทรกสอดที่เกิดจากการเลี้ยวเบน

จากการที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่านช่องเปิดแคบๆ แล้วแผ่ออกเป็นคลื่นวงกลม จึงดูเสมือนเป็นคลื่นที่ออกมาจากแหล่งกำเนิดคลื่นวงกลม ปรากฏการณ์นี้สามารถอธิบายได้โดยใช้หลักการของฮอยเกนส์ ซึ่งกล่าวว่า แต่ละจุดบนหน้าคลื่นถือได้ว่าเป็นแหล่งกำเนิดคลื่นใหม่ซึ่งส่งคลื่นออกไปทุกทิศทางด้วยอัตราเร็วเท่ากับอัตราเร็วของคลื่นเท่าเดิม

หลักการของฮอยเกนส์จึงสรุปได้ว่า ทุกๆ จุดบนหน้าคลื่นเป็นแหล่งกำเนิดคลื่นใหม่ที่ทำให้เกิดคลื่นวงกลมที่มีเฟสเดียวกัน และเคลื่อนที่ในทิศการเคลื่อนที่ของคลื่นเดิม

เมื่อพิจารณาหน้าคลื่นเส้นตรงและคลื่นหน้าวงกลม ดังรูป ซึ่งเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็ว v ในเวลา t ต่อมาหน้าคลื่นใหม่จะอยู่ห่างจากตำแหน่งเดิมเป็นระยะ vt อธิบายได้ว่า เนื่องจากทุกๆ จุดบนหน้าคลื่นเป็นแหล่งกำเนิดคลื่นใหม่ คลื่นที่ออกจากทุกๆ จุดจึงเป็นคลื่นวงกลม ฉะนั้นในเวลา t คลื่นที่ออกจากทุกๆ จุดบนหน้าคลื่นเส้นตรงจะมีหน้าคลื่นเป็นวงกลมเล็กๆ รัศมี vt แผ่ออกไปด้านหน้า ถ้าลากเส้นสัมผัสกับวงกลมเล็กๆ เหล่านี้ จะได้หน้าคลื่นใหม่ที่ขนานกับหน้าคลื่นเดิม

หน้าคลื่นซึ่งเกิดจากคลื่นวงกลมเล็กๆ ทำให้เกิดหน้าคลื่นใหม่ขนานกับหน้าคลื่นเดิม

การศึกษาที่ผ่านมา จะเห็นว่า เมื่อคลื่นเคลื่อนที่ไปในตัวกลางหนึ่งแล้วพบสิ่งกีดขวางหรือคลื่นเคลื่อนที่จากตัวกลางหนึ่งไปอีกตัวกลางหนึ่งคลื่นจะมีพฤติกรรมที่เปลี่ยนไป คือจะสะท้อน หักเห แทรกสอด และเลี้ยวเบน ซึ่งเรียกรวมกันว่าสมบัติของคลื่น คลื่นชนิดอื่นๆ ที่นอกเหนือจากคลื่นผิวน้ำที่กล่าวในบทนี้ ก็มีสมบัติเหล่านี้เช่นกัน



ที่มาข้อมูล : หนังสือเรียนสาระการเรียนรู้พื้นฐานและเพิ่มเติม ฟิสิกส์เล่ม 2. ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 5
จำนวนคนอ่าน 11812 คน
   
 

© 2000 - 2014 www.myfirstbrain.com All Rights Reserved