1. อธิบายปรากฏการณ์คลื่น และลักษณะที่สำคัญของคลื่นชนิดต่าง ๆ
2. อธิบายองค์ประกอบต่าง ๆ ของคลื่น
3. ระบุปัจจัยที่มีผลต่ออัตราเร็วคลื่นในตัวกลาง
4. อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างอัตราเร็ว ความถี่และความยาวคลื่นและคำนวณปริมาณต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง
5. อธิบายการแผ่ของหน้าคลื่นโดยใช้หลักการของฮอยเกนส์
6. อธิบายการรวมกันของคลื่นโดยอาศัยหลักการซ้อนทับ
7. ทดลอง สังเกต และอธิบายการสะท้อน การหักเห การเลี้ยวเบน การแทรกสอดของคลื่นผิวน้ำ รวมทั้งคำนวณปริมาณต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง
8. สังเกตและอธิบายการเกิดคลื่นนิ่ง
1.ธรรมชาติของคลื่น
2.อัตราเร็วของคลื่น
3.หลักการที่เกี่ยวกับคลื่น
4.พฤติกรรมของคลื่น
ภาพที่ 1 คลื่นผิวน้ำ
ที่มา https://www.wegointer.com/2015/03/uzushio/คลื่น เกิดจากส่วนใดส่วนหนึ่ง หรืออนุภาคใดอนุภาคหนึ่งของตัวกลาง เกิดการเคลื่อนที่ไปจากแนวสมดุล เป็นผลทำให้อนุภาคนั้นเกิดการสั่นรอบแนวสมดุลนั้น เนื่องจากคุณสมบัติ ความยืดหยุ่นของตัวกลางจะทำให้ผลการสั่นถูกส่งไปยังอนุภาคต่อไป จะทำให้อนุภาคนั้นเกิดการสั่นในลักษณะเดียวกัน เราเรียกว่า “การเกิดคลื่น”
การเคลื่อนที่แบบคลื่น เป็นการถ่ายทอดพลังงานและโมเมนตัม จากแหล่งกำเนิดไปยังบริเวณโดยรอบในลักษณะของคลื่น โดยมวลของตัวกลางไม่ได้เคลื่อนที่ตามไปด้วย ซึ่งลักษณะของคลื่นที่ตำแหน่งใด ๆ จะขึ้นกับระยะเวลา
ตารางที่ 1 ตังอย่างคลื่นพร้อมทั้งแหล่งกำเนิด และการถ่ายทอดพลังงาน
การเกิดคลื่นเคลื่อนที่จากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งได้ จะต้องมีองค์ประกอบเงื่อนไขดังนี้ คือ
1. มีแหล่งกำเนิดคลื่น
2. มีการสั่นสะเทือนของแหล่งกำเนิดคลื่น
3. มีตัวกลางให้พลังงานคลื่นเคลื่อนที่ผ่าน (ยกเว้นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งไม่จำเป็นต้องอาศัยตัวกลาง)
เมื่อคลื่นเคลื่อนที่ไป คลื่นจะพาพลังงานไปด้วย
การเคลื่อนที่ของคลื่นเหมือนและแตกต่างจากการเคลื่อนที่ของอนุภาคอย่างไร
1. การเคลื่อนที่ของคลื่นและอนุภาคมีสิ่งที่เหมือนกัน คือ ขณะเคลื่อนที่ทั้งคลื่นและอนุภาคต่างพาพลังงานไปด้วย
2. การเคลื่อนที่ของคลื่นและอนุภาคมีสิ่งที่แตกต่างกันคือ
2.1 คลื่นแผ่กระจายทุกทิศทาง (เช่น คลื่นน้ำ คลื่นเสียง คลื่นแสง) แต่อนุภาคเคลื่อนที่ในทิศทางเดียว
2.2 คลื่นมีอัตราเร็วคงที่ แต่อนุภาคไม่จำเป็นต้องมีอัตราเร็วคงที่
2.3 อนุภาคที่เป็นตัวกลางไม่ได้เคลื่อนที่ตามพลังงานคลื่น แต่อนุภาคที่เป็นตัวกลางเคลื่อนที่ไปตามพลังงานของอนุภาค
การจำแนกคลื่นตามลักษณะการอาศัยตัวกลาง แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ
1. คลื่นกล (Mechanical Waves) หมายถึง คลื่นที่ต้องอาศัยตังกลางในการเคลื่อนที่ ถ้าไม่มีตัวกลาง คลื่นกลไม่สามารถเคลื่อนที่ผ่านไปยังที่อื่น ๆ ได้ (พลังงานกลไม่สามารถโอนผ่านไปยังที่อื่น ๆ ได้) คลื่นกลสามารถเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางได้ทุกประเภทไม่ว่าตังกลางนั้นจะเป็นของแข็ง ของเหลว หรือแก๊ส ตัวอย่างเช่น คลื่นน้ำ คลื่นเสียง คลื่นในเส้นเชือก คลื่นในสปริง เป็นต้น ซึ่งคลื่นเหล่านี้สามารถถ่ายทอดพลังงานและโมเมนตัม โดยอาศัยความยืดหยุ่นของตัวกลางสำหรับคลื่นชนิดนี้ อัตราเร็วในตัวกลางชนิดเดียวกันจะมีค่าเท่ากัน
2. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Waves) หมายถึงคลื่นที่ไม่จำเป็นต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ นั่นคือ จะมีตัวกลางหรือไม่มีตัวกลาง คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าก็สามารถเคลื่อนที่ผ่านได้ ตัวย่างเช่น คลื่นแสง รังสีอินฟาเรด รังสีอัลตราไวโอเลต รังสีเอกซ์ รังสีไมโครเวฟ รังสีแกมมา คลื่นวิทยุ คลื่นโทรทัศน์
การจำแนกคลื่นตามลักษณะการสั่นของตัวกลาง แบ่งเป็น 2 ประเภท คือ
1. คลื่นตามขวาง (Transverse Waves) หมายถึง เป็นคลื่นที่ทำให้อนุภาคของตัวกลางที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่านมีการเคลื่อนที่ไปกลับในทิศทางที่ตั้งฉากกับทิศทางที่คลื่นเคลื่อนที่ ตัวอย่างเช่น คลื่นบนผิวน้ำ คลื่นในเส้นเชือก คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกชนิด ดังนั้นคลื่นตามขวางอาจเป็นคลื่นกลหรือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าก็ได้
2. คลื่นตามยาว (Longitudinal Waves) หมายถึงคลื่นที่อนุภาคของตัวกลางที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่านมีการเคลื่อนที่ไปกลับในทิศทางเดียวกันกับทิศทางที่คลื่นเคลื่อนที่ หรือคลื่นมีทิศการสั่นของตัวกลางอยู่ในแนวขนานกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่น ตัวอย่างเช่น คลื่นเสียง คลื่นใต้ผิวน้ำ คลื่นอัดขยายในสปริง ดังนั้นจะเห็นได้ว่าคลื่นตามยาวทุกชนิดจะเป็นคลื่นกลเสมอ แต่คลื่นกลไม่จำเป็นต้องเป็นคลื่นตามยาว
การจำแนกคลื่นตามลักษณะการเกิดคลื่น
1. คลื่นดล หมายถึง คลื่นที่เกิดจากแหล่งกำเนิดสั่นเพียงครั้งเดียว หรือสองครั้ง ทำให้เกิดคลื่นเพียงหนึ่งหรือสองลูกคลื่นเท่านั้น ตัวอย่างเช่น การโยนก้อนหินก้อนเดียวลงไปในน้ำ จะพบว่าคลื่นดลเพียงกลุ่มหนึ่งกระจายออกไปรอบ ๆ ไม่นานผิวน้ำจะนิ่ง การใช้นิ้วมือแตะผิวน้ำเพียงครั้งเดียวจะเกิดคลื่นแผ่กระจายออกไปสองถึงสามลูกคลื่น คลื่นดลอาจมีลักษณะกรจายออกจากแหล่งกำเนิดเป็นแนวตรงหรือเป็นวงกลมก็ได้
2. คลื่นเป็นช่วง หมายถึง คลื่นดลที่เกิดขึ้นเป็นช่วง ๆ โดยเว้นจังหวะ
3. คลื่นต่อเนื่อง หมายถึง คลื่นดลที่เกิดขึ้นเป็นจังหวะต่อเนื่องกันไปเรื่อย ๆ ตัวอย่างเช่น คลื่นน้ำที่เกิดขึ้นในถาดคลื่นเนื่องจากการสั่นสะเทือนของมอเตอร์ (ความถี่ลื่น เท่ากับความถี่มอเตอร์ มอเตอร์หมุนเร็วความถี่มาก มอเตอร์หมุนช้า ความถี่น้อย)
สรุป
1. คลื่นกลอาจเป็นคลื่นตามยาวหรือตามขวางก็ได้ คลื่นตามยาวต้องเป็นคลื่นกลเสมอ
2. คลื่นน้ำอาจเป็นคลื่นตามยาวหรือคลื่นตามขวางก็ได้ (คลื่นใต้ผิวน้ำเป็นคลื่นตามยาว ส่วนคลื่นบนผิวน้ำเป็นคลื่นตามขวาง)
3. คลื่นในสปริงอาจเป็นคลื่นตามยาวหรือคลื่นตามขวางก็ได้ (คลื่นอัดขยายในสปริงเป็นคลื่นตามยาว (ดึงสปริงให้ยืดแล้วปล่อยให้เคลื่อนที่กลับไปมา) ถ้าสะบัดสปริงคล้ายสะบัดเส้นเชือกจะเป็นคลื่นตามขวาง)
4. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกชนิดจะเป็นคลื่นตามขวางเสมอ
5. เมื่อคลื่นเคลื่อนที่ไปได้ 1 ลูกคลื่น พลังงานของคลื่นจะทำให้ตัวกลางสั่นกลับไปกลับมาได้ครบ 1 รอบพอดี
6. คลื่นเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วคงที่ แต่ตัวกลางจะเคลื่อนที่กลับไปกลับมาแบบซิมเปิลฮาร์มอนิก (อัตราเร็วไม่คงที่)
ลักษณะและส่วนประกอบของคลื่น
1. การกระจัด หมายถึง ระยะห่างจากแนวสมดุลไปยังจุดใด ๆ บนคลื่นและมีทิศจากแนวสมดุลไปยังจุดใด ๆ
1.1 ถ้าจุดใด ๆ อยู่เหนือแนวสมดุล การกระจัดมีค่าเป็นบวก
1.2 ถ้าจุดใด ๆ อยู่ต่ำกว่าแนวสมดุล การกระจัดมีค่าเป็นลบ
2. สันคลื่น หมายถึง ตำแหน่งสูงสุดของคลื่น (การกระจัดมีค่ามากสุดและเป็นบวก)
3. ท้องคลื่น หมายถึง ตำแหน่งต่ำสุดของคลื่น (การกระจัดมีค่ามากสุดและเป็นลบ)
4. แอมพลิจูด หมายถึง ความสูงของสันคลื่นหรือท้องคลื่น เมื่อวัดจากแนวสมดุล
4.1 แอมพลิจูด คิดค่าเป็นบวกตลอด
4.2 แอมพลิจูด มีค่าเท่ากับขนาดของการกระจัดมากสุด
4.3 ขณะที่คลื่นกำลังเคลื่อนที่ไป ถ้าคิดว่าพลังงานคลื่นไม่มีการสูญเสีย แอมพลิจูดของคลื่นจะมีค่าคงที่
4.4 ถ้าแอมพลิจูดสูงแสดงว่าพลังงานของคลื่นมีค่ามาก
4.5 ถ้าแอมพลิจูดต่ำ แสดงว่า พลังงานของคลื่นมีค่าน้อย ค่าของแอมพลิจูดขึ้นอยู่กับแหล่งกำเนิดคลื่น (พลังงานคลื่น α A2 )
คลื่นน้ำ แอมพลิจูด แสดง ความสูงต่ำของการกระเพื่อมของน้ำ
คลื่นเสียง แอมพลิจูด แสดง ความดังค่อยของเสียง
คลื่นแสง แอมพลิจูด แสดงความเข้มของแสง (มืด-สว่าง)
ภาพที่ 2 ส่วนประกอบของคลื่น
5. ความยาวคลื่น หมายถึง ระยะห่างระหว่างสันคลื่นกับสันคลื่นที่อยู่ถัดไป หรือระยะห่างระหว่างท้องคลื่นกับท้องคลื่นที่อยู่ถัดไป วิธีการวัดความยาวคลื่นอาจวัดได้หลายแบบ เช่น
5.1 วัดจากสันคลื่นถึงสันคลื่นถัดไป
5.2 วัดจากท้องคลื่นถึงท้องคลื่นถัดไป
5.3 วัดจากตำแหน่งใด ๆ บนคลื่นที่มีเฟสต่างกัน 360 องศา
6. ความถี่ หมายถึง จำนวนลูกคลื่นที่เคลื่อนที่ผ่านจุดใด ๆ ในหนึ่งหน่วยเวลา ความถี่ของคลื่นจะมีค่าเท่ากับความถี่การสั่นของตัวกลาง (หรือเท่ากับความถี่ของแหล่งกำเนิดคลื่น)
7. คาบเวลา หมายถึง ช่วงเวลาที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่านจุดใด ๆ ครบ 1 ลูกเคลื่อน
คาบเวลา = 1 / ความถี่
T= 1 / f
ช่วงเวลาที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่านจุดใด ๆ ครบ 1 รอบ จะเท่ากับช่วงเวลาที่ตัวกลางสั่นได้ครบ 1 รอบ เช่นกัน
8. อัตราเร็ว หมายถึง ระยะทางที่จุดใด ๆ บนคลื่นเคลื่อนที่ไปได้ในเวลา 1 วินาที
v = s / t
ใน 1 วินาที มีคลื่นออกมา 1 ลูก เคลื่อนที่ได้ λ เมตร
ดังนั้น ใน 1 วินาที เคลื่อนที่ได้อัตราเร็ว fλ
v = λ / T = f λ
v คือ อัตราเร็วคลื่น (วัดหน่วยเป็น เมตรต่อวินาที)
s คือ ระยะทาง (วัดหน่วยเป็น เมตร)
t คือ เวลา (วัดหน่วยเป็น วินาที)
f คือ ความถี่ (วัดหน่วยเป็น รอบต่อวินาที หรือ เฮิรตซ์)
λ คือ ความยาวคลื่น (วัดหน่วยเป็น เมตร)
T คือ คาบเวลา (วัดหน่วยเป็น วินาที)
ภาพที่ 3 ตำแหน่งใด ๆ บนคลื่น
ที่มา https://www.scimath.org/lesson-physics/item/8783-2018-09-20-06-45-28ภาพที่ 4 ตำแหน่งใด ๆ บนคลื่น
ที่มา https://www.scimath.org/lesson-physics/item/8783-2018-09-20-06-45-28เฟส เป็นคำที่ใช้เรียกตำแหน่งใด ๆ บนคลื่น โดยมีลักษณะเป็นรอบและมีความสัมพันธ์กับการกระจัดของการเคลื่อนที่นั้น θ = มุมหรือเฟส
1. ความถี่การสั่นของตัวกลาง เท่ากับ ความถี่ของคลื่น
2. ขณะตัวกลางสั่นกลับไปกลับมาความเร่งเนื่องจากการสั่นจะมีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา กล่าวคือ
1) เมื่อสั่นได้ไกลสุด (มีขนาดการกระจัดมากสุดหรืออยู่ที่ตำแหน่งสูงสุดหรืออยู่ที่ตำแหน่งต่ำสุด) จะมีความเร่งมากสุด
2) เมื่อแนวสมดุล (ขนาดการกระจัดมีค่าเป็นศูนย์) ความเร่งจะมีค่าเป็นศูนย์
3. ขณะตัวกลางสั่นกลับไปกลับมา ความเร็วเนื่องจากการสั่นจะมีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา กล่าวคือ
1) เมื่อสั่นได้ไกลสุด (มีขนาดการกระจัดมากสุดหรืออยู่ที่ตำแหน่งสูงสุดหรืออยู่ที่ตำแหน่งต่ำสุด) จะมีความเร็วเป็นศูนย์
2) เมื่ออยู่แนวสมดุล (ขนาดการกระจัดมีค่าเป็นศูนย์) ความเร็วจะมีค่ามากสุด
เฟสตรงกัน หมายถึง ตำแหน่งใด ๆ ที่มีทิศการสั่นไปทางเดียวกันและมีการกระจัดเท่ากัน (ขนาดการกระจัดเท่ากันและทิศการกระจัดไปทางเดียวกัน)
ภาพที่ 5 การเคลื่อนที่ของคลื่นที่มีเฟสตรงกัน
ที่มา https://www.scimath.org/lesson-physics/item/8783-2018-09-20-06-45-281. เฟสตรงกัน อาจเรียกอีกอย่างหนึ่งว่าเฟสเดียวกัน หรือความต่างเฟสคงที่
2. จากรูป O, A, B มีเฟสตรงกัน
C, D, E มีเฟสตรงกัน
F, G มีเฟสตรงกัน
จุดใด ๆ ที่มีเฟสตรงกัน จะมี
1. ทิศการสั่นไปทางเดียวกันและมีการกระจัดเท่ากัน
2. ระยะทางต่างกันเท่ากับ λ, 2λ, 3 λ…n λ
n คือ เลขจำนวนเต็ม 1,2,3,…
λ คือ ความยาวคลื่น
3. เวลาต่างกันเท่ากับ T,2T,3T,…nT
n คือ เลขจำนวนเต็ม 1,2,3,…
T คือ คาบเวลา
4. มุมต่างกันเท่ากับ 2π, 4 π, 6 π…n(2 π)
n คือ เลขจำนวนเต็ม 1,2,3,…
π = 1800
2 π = 3600
เฟสตรงข้ามกัน หมายถึง ตำแหน่งใด ๆ ที่มีทิศการสั่นตรงข้ามกัน และมีการกระจัดเท่ากัน (ขนาดการกระจัดเท่ากัน และทิศการกระจัดไปทางเดียวกัน)
ภาพที่ 6 การเคลื่อนที่ของคลื่นที่มีเฟสตรงข้ามกัน
ที่มา https://www.scimath.org/lesson-physics/item/8783-2018-09-20-06-45-28จากรูป A, B มีเฟสตรงข้ามกัน
C, D มีเฟสตรงข้ามกัน
E, F มีเฟสตรงข้ามกัน
จุดใด ๆ ที่มีเฟสตรงข้ามกัน จะมี
1. ทิศการสั่นตรงข้ามกันและมีการกระจัดเท่ากัน
2. ระยะทางต่างกันเท่ากับ
n คือ เลขจำนวนเต็ม 1,2,3,…
λ คือ ความยาวคลื่น
3. เวลาต่างกันเท่ากับ
n คือ เลขจำนวนเต็ม 1,2,3,…
T คือ คาบเวลา
4. มุมต่างกันเท่ากับ π,3 π,5 π… (n-1/2)2π
n คือ เลขจำนวนเต็ม 1,2,3,…
π =1800
2π =3600
เฟสต่างกัน หมายถึง จุดใด ๆ ที่มีเฟสไม่ตรงกัน และไม่ตรงข้ามกัน
ภาพที่ 7 การเคลื่อนที่ของคลื่นที่มีเฟสต่างกัน
ที่มา https://www.scimath.org/lesson-physics/item/8783-2018-09-20-06-45-28X,Y,Z มีเฟสต่างกัน
เราสามารถคำนวณหาความต่างเฟสระหว่างจุดสองจุดได้จาก
เมื่อทราบระยะห่าง
เมื่อทราบเวลา
θ1 = เฟสเริ่มต้น
θ2 = เฟสสุดท้าย
λ = ความยาวคลื่น
T = คาบเวลา
ΔX = ระยะห่าง
Δt = ช่วงเวลา
คลื่นทุกชนิดจะแสดงสมบัติทั่วไปที่เหมือนกัน 4 ข้อ คือ
การสะท้อน
การหักเห
การแทรกสอด
การเลี้ยวเบน
1) เมื่อมีการหักเห ย่อมมีการสะท้อนเกิดขึ้นด้วยเสมอ
2) เมื่อมีการเลี้ยวเบน ย่อมมีการแทรกสอดเกิดขึ้นด้วยเสมอ
หมายถึง ปรากฏการณ์ที่คลื่นเคลื่อนที่กระทบสิ่งกีดขวางแล้วจะมีการสะท้อนกลับมาในตัวกลางเดิม
ภาพที่ 8 แสดงแนวทางเดินคลื่น
ที่มา https://www.scimath.org/lesson-physics/item/8783-2018-09-20-06-45-28กฎการสะท้อนของคลื่น
มุมตกกระทบ เท่ากับ มุมสะท้อน
รังสีตกกระทบ เส้นปกติ และรังสีสะท้อนต้องอยู่ในระนาบเดียวกัน
คุณสมบัติการสะท้อนของคลื่น
เมื่อคลื่นเคลื่อนที่ไปชนสิ่งกีดขวาง หรือเคลื่อนที่ไปถึงปลายสุดของตัวกลางจะทำให้เกิดคลื่นสะท้อนขึ้นมา คลื่นสะท้อนที่เกิดขึ้นมานั้น จะต้องมีคุณสมบัติดังนี้
1) ความถี่ของคลื่นสะท้อนมีค่าเท่ากับความถี่ของคลื่นตกกระทบ
2) ความเร็วและความยาวคลื่นของคลื่นสะท้อนมีค่าเท่ากับความเร็วและความยาวคลื่นตกกระทบเสมอ
3) ถ้าการสะท้อนไม่สูญเสียพลังงาน จะได้แอมพลิจูดของคลื่นสะท้อนมีค่าเท่ากับแอมพลิจูดของคลื่นตกกระทบ
หมายถึง การที่คลื่นเปลี่ยนอัตราเร็วเมื่อคลื่นเปลี่ยนแนวทางเดินขณะเปลี่ยนตัวกลาง เมื่อคลื่นผิวน้ำเดินทางจากตัวกลางที่ 1 ไปยังตัวกลางที่ 2 อัตราเร็วของคลื่นจะเปลี่ยนไปจากเดิม ทำให้ความยาวคลื่นเปลี่ยนแปลงตามไปด้วย แต่ความถี่ของคลื่นไม่มีการเปลี่ยนแปลง
เมื่อคลื่นเดินทางจากตัวกลางที่ 1 ไปยังตัวกลางที่ 2 (น้ำตื้นไปน้ำลึกหรือน้ำลึกไปน้ำตื้น) โดยแนวทางเดินของคลื่นไม่ตั้งฉากกับผิวรอยต่อระหว่างตัวกลาง จากกฎการหักเหของสเนลล์จะได้ว่า “อัตราส่วนของค่าไซน์ของมุมตกกระทบกับค่าไซน์ของมุมหักเหจะมีค่าเท่ากับอัตราส่วนระหว่างอัตราเร็วคลื่นในตัวกลางที่คลื่นตกกระทบกับอัตราเร็วคลื่นในตัวกลางที่คลื่นหักเห”
1) ถ้ามุมตกกระทบ θ1 มีค่าเปลี่ยนไป มุมหักเห θ2 จะเปลี่ยนไปด้วย แต่อัตราส่วน sinθ1 / sinθ2 จะมีค่าคงที่เสมอ
2) เมื่อคลื่นเปลี่ยนตัวกลาง v, λ จะเปลี่ยนแปลง แต่ f มีค่าคงที่ (เพราะเกิดจากแหล่งกำเนิดคลื่นเดียวกัน)
3) มุมตกกระทบ เท่ากับ มุมที่แนวทางเดินคลื่นทำกับเส้นแนวฉาก
θ1 เท่ากับ มุมที่หน้าคลื่นตกกระทบทำกับผิวรอยต่อ
มุมหักเห เท่ากับ มุมที่แนวทางเดินคลื่นหักเหทำกับเส้นแนวฉาก
θ2 เท่ากับ มุมที่หน้าคลื่นหักเหทำกับผิวรอยต่อ
4) เมื่อคลื่นเดินทางจากน้ำลึกไปสู่น้ำตื้น แนวทางเดินของคลื่นจะเบนเข้าหาเส้นแนวฉาก
5) เมื่อคลื่นเดินทางจากน้ำตื้นไปสู่น้ำลึก แนวทางเดินของคลื่นจะเบนออกจากเส้นแนวฉาก
6) จะเกิดมุมวิกฤตหรือสะท้อนกลับหมดได้ คลื่นต้องเดินทางจากน้ำตื้นไปสู่น้ำลึก
7) เมื่อคลื่นเกิดการหักเห มักจะมีคลื่นสะท้อนเกิดขึ้นตามมาด้วย (การหักเหและการสะท้อน มักเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นคู่กัน)
7.1 เมื่อคลื่นเกิดการสะท้อน คลื่นไม่จำเป็นต้องเกิดการหักเห
7.2 เมื่อคลื่นเกิดการหักเห มักจะเกิดคลื่นสะท้อนตามมาด้วย (คลื่นสะท้อนและคลื่นหักเหจะมีแอมพลิจูดลดลงจากเดิม เพราะพลังงานคลื่นลดลงจากเดิม)
กฎการหักเหของสเนลล์
ภาพที่ 9 แนวทางเดินคลื่นจากตัวกลาง 1 ไปยังตัวกลาง 2
ที่มา https://www.scimath.org/lesson-physics/item/8783-2018-09-20-06-45-28สูตรที่ใช้ในการคำนวณการหักเห
กำหนดให้
θ1 , θ2 คือ มุมตกกระทบและมุมหักเห ตามลำดับ
v1, v2 คือ อัตราเร็วคลื่นในตัวกลาง 1 และ 2 ตามลำดับ
λ1 , λ2 คือ ความยาวคลื่นในตัวกลาง 1 และ 2 ตามลำดับ
1n2 คือ ดรรชนีหักเหของคลื่นในตัวกลาง 2 เทียบกับ 1
หมายถึง ปรากฏการณ์ที่คลื่นจากแหล่งกำเนิดคลื่นสองแหล่งที่มีความถี่เท่ากันและมีเฟสตรงกัน เคลื่อนที่มาพบกันและเกิดการซ้อนทับกันระหว่างคลื่นต่อเนื่องทั้งสอง
1) การแทรกสอด แหล่งกำเนิดคลื่นไม่จำเป็นต้องมีเฟสตรงกัน
2) การแทรกสอด ไม่จำเป็นต้องเกิดกับคลื่นผิวน้ำเท่านั้น
แหล่งกำเนิดคลื่นอาพันธ์ หมายถึง แหล่งกำเนิดคลื่นสองแหล่งที่มีความถี่เท่ากันและมีเฟสตรงกัน
การแทรกสอดแบบเสริมกัน หมายถึง การแทรกสอดที่มีสันคลื่นตรงกันและท้องคลื่นตรงกัน คลื่นลัพธ์ที่เกิดขึ้นจะมีสันคลื่นสูงกว่าเดิม และมีท้องคลื่นลึกกว่าเดิม
ภาพที่ 10 การแทรกสอดของคลื่นผิวน้ำ
ที่มา https://www.scimath.org/lesson-physics/item/8783-2018-09-20-06-45-28การแทรกสอดแบบหักล้าง หมายถึง การแทรกสอดที่มีสันคลื่นตรงกับท้องคลื่น คลื่นลัพธ์ที่เกิดขึ้นจะมีสันคลื่นต่ำกว่าเดิม และมีท้องคลื่นตื้นกว่าเดิม
บัพ หมายถึง ตำแหน่งที่คลื่นหักล้างกัน โดยมีการกระจัดเป็นศูนย์ (ตำแหน่งที่ผิวน้ำไม่กระเพื่อมหรือการกระจัดของผิวน้ำเป็นศูนย์)
1) บัพเป็นตำแหน่งที่สันคลื่นและท้องคลื่นของแหล่งกำเนิดคลื่นอาพันธ์พบกันพอดี
2) แนวเส้นที่ลากเชื่อมบัพที่อยู่ถัดกันไป เรียกว่า เส้นบัพ
ปฏิบัพ หมายถึง ตำแหน่งที่คลื่นเสริมกัน โดยมีการกระจัดมากที่สุด (ตำแหน่งที่ผิวน้ำกระเพื่อมมากที่สุด หรือการกระจัดของผิวน้ำมีค่ามากที่สุด)
1) ปฏิบัพ เป็นตำแหน่งที่สันคลื่นและสันคลื่น หรือท้องคลื่นและท้องคลื่นของแหล่งกำเนิดคลื่นอาพันธ์พบกัน (ตำแหน่งนี้จะมีพลังงานมากที่สุด)
2) แนวเส้นที่ลากเชื่อมปฏิบัพที่อยู่ถัดกันไป เรียกว่า เส้นปฏิบัพ
เราสามารถคำนวณผลต่างระยะทาง ได้โดย
ถ้าจุด P อยู่บนแนวปฏิบัพ n จะได้ว่า
| S1P - S2P | = nλ
เมื่อ n เป็นเลขจำนวนเต็ม 0,1,2,3…
ถ้าจุด P อยู่บนแนวบัพ N จะได้ว่า
| S1P - S2P | = (n - 1/2)λ
เมื่อ n เป็นเลขจำนวนเต็ม 0,1,2,3…
และสามารถคำนวณหาจำนวนแนวเส้นปฏิบัพและจำนวนแนวเส้นบัพที่เกิดขึ้นได้ทั้งหมด ได้ดังนี้
หาจำนวนแนวเส้นปฏิบัพ
dsinθ = nλ
หาจำนวนแนวเส้นบัพ
dsinθ = (n - 1/2)λ
หมายถึง ปรากฏการณ์ที่คลื่นเดินทางไปกระทบสิ่งกีดขวางและคลื่นสามารถเบนอ้อมไปทางด้านหลังของสิ่งกีดขวางได้
คลื่นที่มีความยาวคลื่นมาก (ความถี่น้อย) จะเลี้ยวเบนได้ดีกว่าคลื่นที่มีความยาวคลื่นน้อย (ความถี่มาก)
การเลี้ยวเบนของคลื่นเป็นไปตามหลักของฮอยเกนส์ซึ่งกล่าวสรุปว่า ทุก ๆ จุดบนหน้าคลื่นสามารถเป็นแหล่งกำเนิดคลื่นใหม่ได้ และแต่ละจุดบนหน้าคลื่นจะให้คลื่นแผ่กระจายออกไปทุกทิศทางด้วยอัตราเร็วเท่ากับอัตราเร็วของคลื่นเดิมนั้น
ภาพที่ 11 การเลี้ยวเบนของคลื่นผิวน้ำ
ที่มา https://sites.google.com/site/physicchatแหล่งที่มา
คณาจารย์แม็ค. (2551). Compact ฟิสิกส์ ม. 5. กรุงเทพฯ:แม็ค.
ช่วง ทมทิตชงค์ และคณะ. (2537). ฟิสิกส์ 3 ม.5. กรุงเทพฯ:ไฮเอ็ดพับลิชชิ่ง.
อุซึชิโอะ ประเทศญี่ปุ่น ปรากฎการณ์ทางทะเลที่ยิ่งใหญ่เป็นอันดับ 3 ของโลก. สืบค้นเมื่อวันที่ 18 สิงหาคม 2561. จาก https://www.wegointer.com/2015/03/uzushio/
ธรรมชาติของคลื่นและชนิดของคลื่น. สืบค้นเมื่อวันที่ 16 พฤษภาคม 2563. จาก https://www.scimath.org/lesson-physics/item/8783-2018-09-20-06-45-28