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
   

เสียง : ปรากฏการณ์ดอปเพลอร์และคลื่นกระแทก
 
ระดับชั้น : มัธยม 5



ธรรมชาติของเสียง อัตราเร็วของเสียง การเคลื่อนที่ของคลื่นเสียง
ความเข้มเสียงและการได้ยิน (1) ความเข้มเสียงและการได้ยิน (2) เสียงดนตรี
บีตส์และคลื่นนิ่งของเสียง ปรากฏการณ์ดอปเพลอร์และคลื่นกระแทก การประยุกต์ความรู้เรื่องเสียง


(คลิกเพื่อดูภาพขนาดใหญ่)
ถ้าเราใช้ดินสอและผิวน้ำในถาดคลื่นด้วยจังหวะสม่ำเสมอ ณ ตำแหน่งเดิม จะสังเกตเห็นหน้าคลื่นมีลักษณะดังรูป ก. ความยาวคลื่นทางด้านซ้ายมือและด้านขวามือของจุดกำเนิดมีค่าเท่ากัน แสดงว่า ความถี่ของคลื่นที่เคลื่อนที่ออกไปทางด้านซ้ายมือและทางด้านขวามือมีค่าเท่ากัน

ถ้าเราใช้ปลายดินสอแตะผิวน้ำด้วยจังหวะคงตัวเท่าเดิมและเคลื่อนที่ปลายดินสอไปทางขวามือด้วยอัตราเร็วคงตัว จะสังเกตเห็นหน้าคลื่นมีลักษณะดังรูป ข. ซึ่งจะเห็นว่าความยาวคลื่นทางด้านขวามือ หรือด้านที่แหล่งกำเนิดคลื่นเคลื่อนที่ไปหาจะสั้นกว่าเดิม และความยาวคลื่นทางด้านซ้ายมือ หรือด้านที่แหล่งกำเนิดคลื่นเคลื่อนที่ออกห่างจะยาวกว่าเดิม แสดงว่าความถี่ของคลื่นน้ำที่อยู่ด้านหน้าและด้านหลังปลายดินสอแตกต่างกัน

สำหรับคลื่นเสียงก็เช่นเดียวกัน ขณะที่แหล่งกำเนิดเสียงเคลื่อนที่ ความยาวคลื่นของคลื่นเสียงที่อยู่ด้านหน้าแหล่งกำเนิดเสียง จะสั้นกว่าความยาวคลื่นของเสียงเมื่อแหล่งกำเนิดเสียงอยู่กับที่ จึงทำให้ผู้รับฟังเสียงที่อยู่ด้านหน้าแหล่งกำเนิดเสียงได้ยินเสียงที่มีความถี่สูงกว่าความถี่ของแหล่งกำเนิด ในขณะเดียวกัน ความยาวคลื่นของคลื่นเสียงที่อยู่ด้านหลังแหล่งกำเนิดเสียงจะมีค่ามากกว่าความยาวคลื่นของเสียงของแหล่งกำเนิดเสียงอยู่กับที่ จึงเป็นผลทำให้ได้ยินเสียงที่อยู่ด้านหลังแหล่งกำเนิดเสียงว่ามีความถี่ต่ำกว่าความถี่ของแหล่งกำเนิด ปรากฏการณ์ที่ผู้ฟังได้ยินเสียงว่ามีความถี่เปลี่ยนไปจากความถี่จริงของแหล่งกำเนิดเพราะแหล่งกำเนิดเสียงเคลื่อนที่ เรียกว่า ปรากฏการณ์ดอปเพลอร์

การเกิดปรากฏการณ์ดอปเพลอร์

ถ้าแหล่งกำเนิดเสียงอยู่นิ่ง แต่ผู้ฟังเคลื่อนที่เข้าหาหรือออกห่างจากแหล่งกำเนิดเสียง ผู้ฟังจะได้ยินเสียงที่มีความถี่แตกต่างจากความถี่ของแหล่งกำเนิดเช่นกัน โดยผู้ฟังจะได้ยินเสียงที่มีความถี่สูงขึ้นเมื่อผู้ฟังเคลื่อนที่เข้าหาแหล่งกำเนิด และผู้ฟังจะได้ยินเสียงความถี่ต่ำลงเมื่อผู้ฟังเคลื่อนที่ออกจากแหล่งกำเนิด นั่นคือ ถึงแม้แหล่งกำเนิดเสียงจะอยู่นิ่ง แต่ผู้ฟังมีการเคลื่อนที่ ก็จะเกิดปรากฏการณ์ดอปเพลอร์เช่นกัน

ถ้าใช้ปลายดินสอจุ่มที่ผิวน้ำในถาดคลื่นด้วยจังหวะสม่ำเสมอ และเคลื่อนปลายดินสอด้วยอัตราเร็วคงตัวที่มีค่าต่างๆ กัน จะสังเกตเห็นหน้าคลื่นน้ำมีลักษณะดังรูป ก. ถึง ง.

ลักษณะหน้าคลื่นน้ำเมื่อปลายดินสอซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดคลื่นเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วต่างๆ

เมื่อแหล่งกำเนิดคลื่นเคลื่อนที่ในตัวกลาง ถ้าอัตราเร็วของแหล่งกำเนิดคลื่นเพิ่มขึ้น หน้าคลื่นที่อยู่ทางด้านหน้าแหล่งกำเนิดคลื่นจะถูกอัดกันและอยู่ใกล้กันมากขึ้น จนกระทั่งเมื่ออัตราเร็วของแหล่งกำเนิดคลื่นเท่ากับอัตราเร็วของคลื่นในตัวกลาง หน้าคลื่นทุกๆ หน้าคลื่นที่ออกจากแหล่งกำเนิดจะเคลื่อนที่ไปพร้อมๆ กับแหล่งกำเนิดคลื่น ถ้าอัตราเร็วของแหล่งกำเนิดสูงกว่าอัตราเร็วคลื่นในตัวกลางแหล่งกำเนิดคลื่นจะเคลื่อนที่ผ่านพ้นหน้าคลื่นทุกๆ หน้าคลื่นอัดตัวกันออกไป และหลังจากนั้น หน้าคลื่นจะอัดตัวกันในลักษณะทีเป็นหน้าคลื่นวงกลมซ้อนเรียงกันไปตามแนวการเคลื่อนที่ของแหล่งกำเนิด โดยมีแนวหน้าคลื่นที่อัดตัวกันมีลักษณะเป็นรูปมุมแหลม เรียกว่าหน้าคลื่นของคลื่นกระแทก ดังรูป โดยพลังงานที่แต่ละหน้าคลื่นพาไปจะเสริมกันบนหน้าคลื่นกระแทก

หน้าคลื่นของคลื่นกระแทก

ในกรณีที่แหล่งกำเนิดคลื่นทำให้เกิดคลื่นรูปทรงกลมและแหล่งกำเนิดคลื่นเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วสูงกว่าอัตราเร็วของคลื่นในตัวกลาง จะทำให้เกิดคลื่นกระแทกเช่นเดียวกัน โดยแนวหน้าคลื่นของคลื่นกระแทกเป็นผิวของรูปกรวย แหล่งกำเนิดคลื่นยิ่งเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วสูงขึ้น มุมของรูปกรวยจะยิ่งเล็กลงๆ และพลังงานของคลื่นกระแทกยิ่งสูงเพราะหน้าคลื่นที่อัดตัวกันมีจำนวนมากขึ้น

ในกรณีเครื่องบินที่บินในอากาศ เมื่ออัตราเร็วของเครื่องบินสูงขึ้นๆ จนกระทั่งเท่ากับอัตราเร็วของเสียงในอากาศ หน้าคลื่นเสียงจากเครื่องบินทุกคลื่นจะอัดอยู่ที่บริเวณหัวเครื่องบิน ถ้าอัตราเร็วของเครื่องบินสูงกว่าอัตราเร็วเสียงในอากาศ จะเกิดคลื่นกระแทกของเสียงโดยหน้าคลื่นกระแทกจะเป็นรูปกรวย ถ้าอัตราเร็วของเครื่องบินยิ่งสูงขึ้นๆ มุมกรวยจะยิ่งเล็กลงๆ และคลื่นกระแทกนี้จะทำให้ความดันเปลี่ยนแปลงมากและรวดเร็ว เป็นผลให้เกิดเสียงดังคล้ายระเบิดในบริเวณที่คลื่นกระแทกนี้เคลื่อนที่ผ่าน ซึ่งอาจทำให้กระจกหน้าต่างแตกร้าวได้ เสียงที่เกิดขึ้นนี้ เรียกว่า โซนิกบูม

โดยทั่วไป คลื่นกระแทกจะเกิดจากความดันที่เปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรงและฉับพลัน เช่น จากลูกระเบิด หรือฟ้าผ่า ทำให้อากาศในบริเวณที่มีการระเบิดมีความร้อนสูงและอากาศขยายตัวอย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดคลื่นกระแทก ถ้าคลื่นกระแทกมีพลังงานสูงมากพอ ก็อาจทำให้อาคารบ้านเรือนพังทลาย และเยื่อแก้วหูของผู้ได้ยินเป็นอันตรายถึงฉีกขาดได้



ที่มาข้อมูล : หนังสือเรียนสาระการเรียนรู้พื้นฐานและเพิ่มเติม ฟิสิกส์เล่ม 2. ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 5
จำนวนคนอ่าน 12311 คน
   
 

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