จิดาภา ทำจะดี

คลื่น ( Waves )

Type of Waves (ชนิดของคลื่น)

การแบ่งคลื่น วิธีที่ 1 โดยอาศัยทิศทางของพลังงานกับทิศทางการสั่นอนุภาค จะแบ่งคลื่นได้ 2 ชนิด

• คลื่นตามขวาง (longitudinal wave)

คลื่นที่มีทิศทางการถ่ายทอดพลังงานตั้งฉากกับทิศทางการสั่นของอนุภาค Ex1. คลื่นในเส้นเชือก

• คลื่นตามยาว (transverse wave)

คลื่นที่มีทิศทางการถ่ายทอดพลังงานขนานกับทิศทางการสั่นของอนุภาค Ex1. คลื่นในลูกแก้ว

การแบ่งคลื่น วิธีที่ 2 โดยอาศัยลักษณะการถ่ายทอดพลังงาน จะแบ่งคลื่นได้ 2 ชนิด

1. คลื่นกล (mechanical wave) 

คลื่นที่ต้องอาศัยตัวกลางถึงจะถ่ายทอดพลังงานได้ Ex1. คลื่นในเส้นเชือก คลื่นในลูกแก้ว

2. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic wave) 

คลื่นที่ไม่ต้องมีตัวกลางแต่สามารถถ่ายทอดพลังงานได้ Ex1. คลื่นแสง คลื่นวิทยุ

สิ่งที่ควรทราบเบื้องต้นเกี่ยวกับคลื่นผิวน้ำ มีดังนี้

1. สันคลื่น(crest)

จุดสูงสุดที่คลื่นกระเพื่อมขึ้นไปได้

2. ท้องคลื่น (trough) 

จุดที่ต่ำสุดที่คลื่นกระเพื่อมลงไปได้

3. แอมพลิจูด (amplitude)

การกระจัดระดับผิวน้ำปกติไปถึงสันคลื่นหรือท้องคลื่น

4. หนึ่งลูกคลื่น 

ช่วงจังหวะคลื่นกระเพื่อมขึ้น 1 อันรวมกับลงอีก 1 อัน

5. ความยาวคลื่น (wavelenght)

ระยะทางที่วัดเป็นเส้นตรงจากจุดตั้งต้นไปถึงจุดสุดท้าย

6. คาบ (period-T)

 เวลาที่คลื่นใช้ในการเคลื่อนที่ครบ 1 ลูกคลื่น

7. ความถี่ (frequency-f)

 จำนวนลูกคลื่นที่เกิดขึ้นใน 1 หน่วยเวลา f=v/l

8. อัตราเร็วคลื่น (wave speed-v)

 ระยะทางที่คลื่นเคลื่อนที่ได้ในหนึ่งหน่วยเวลา   คำนวณได้จาก v=s/t

9. เฟสของคลื่น (phase)

เป็นการบอกตำแหน่งบนหน้าคลื่นในรูปของมุมหน่วยองศาหรือเรเดียน

10. เฟสตรงกัน

 คือจุดบนหน้าคลื่นซึ่งอยู่ห่างกัน          

       เมื่อ n= 1 2 3…

11. เฟสตรงกันข้าม

 คือจุดบนหน้าคลื่นซึ่งอยู่ห่างกัน   

       เมื่อ n= 1 2 3…

การซ้อนทับของคลื่น

หลักการซ้อนทับ กล่าวว่า “เมื่อคลื่นตั้งแต่สองคลื่นมาพบกันแล้วเกิดการรวมกัน การกระจัดของคลื่นรวมจะมีค่าเท่ากับผลบวกของการกระจัดของคลื่นแต่ละคลื่นที่มาพบกัน หลังจากที่คลื่นเคลื่อนผ่านพ้นกันแล้ว แต่ละคลื่นยังคงมีรูปร่างและทิศทางการเคลื่อนที่เหมือนเดิม”

สมบัติของคลื่น

คลื่นทุกชนิดจะมีคุณสมบัติ 4 ประการ คือ

1. การสะท้อน เมื่อคลื่นพุ่งเข้าไปตกกระทบสิ่งกีดขวาง คลื่นจะเกิดการสะท้อนกลับมาได้  

คำศัพท์เกี่ยวกับการสะท้อน

• คลื่นรังสีตกกระทบ คือ รังสีคลื่นที่พุงเข้าไปตกกระทบ
•  รังสีสะท้อน คือ รังสีคลื่นที่สะท้อนย้อนกลับมา
•  เส้นปกติ คือ เส้นตรงที่ลากมาตกตั้งฉากกับผิวที่คลื่นมาตกกระทบ
•  มุมตกกระทบ คือ มุมระหว่างรังสีตกกระทบกับเส้นปกติ
•  มุมสะท้อน คือ มุมระหว่างรังสีสะท้อนกลับเส้นปกติ

 2. การหักเห

          ในกรณีที่คลื่นตกกระทบพุ่งเข้าตกตั้งฉากกับแนวรอยต่อตัวกลาง คลื่นที่ทะลุลงไปในตัวกลางที่ 2 จะมีแนวตั้งฉากกับแนวรอยต่อตัวกลางเช่นเดิม แต่หากคลื่นตกกระทบเอี่ยงทำมุมกับแนวรอยต่อตัวกลาง พื้นที่ทะลุลงไปในตัวกลางที่สองจะไม่ทะลุลงไปในแนวเส้นตรงเดิมแต่จะมีการเบี่ยงเบนไปจากแนวเดิม ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าเกิดการหักเหของคลื่น

3. การแทรกสอดคลื่น

       เมื่อนำสันคลื่นมารวมกันจะทำให้คลื่นรวมมีแอมพลิจูดสูงขึ้นกว่าเดิม ลักษณะนี้ทำให้ตลอดแนวดังกล่าวคลื่นน้ำจากกระเพื่อมขึ้นลงอย่างแรง แนวที่คลื่นมีการเสริมกันเช่นนี้เรียกว่า แนวปฏิบัพ (antinode-A)

       คลื่นหนึ่งจะนำสันคลื่นมารวมกับท้องคลื่นของอีกคลื่นหนึ่ง คลื่นรวมของคลื่นทั้งสองจะมีลักษณะราบเรียบ

แนวหักล้างนี้จะเรียกว่า แนวบัพ (node-N)

 4.   การเลี้ยวเบนของคลื่น

         ถ้าเรานำแผ่นที่มีช่องแคบๆ ไปกันหน้าคลื่นไว้จะพบว่าเมื่อคลื่นเข้าไปตกกระทบแผ่นกั้นแล้วคลื่นส่วนหนึ่งจะลอดช่องนั้นออกไปได้ขึ้น ส่วนที่รอดออกไปนั้นจะสามารถสร้างคลื่นลูกใหม่หลังแผ่นกั้นดังรูป คลื่นลูกใหม่ที่เกิดขึ้นนั้นจะสามารถกระจายเลี้ยวอ้อมไปทางด้านซ้ายและขวาของช่องแคบ ปรากฏการณ์นี้จึงเรียกว่า การเลี้ยวเบนของคลื่น