1

1. คลื่นกล

สรุปคลื่นคือ.....

- เป็นการส่งผ่านพลังงานจากบริเวณหนึ่ง ไปยังอีกบริเวณ

หนึ่ง

- เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดจากแหล่งก าเนิดได้แผ่กระจาย

พลังงานออกจากแหล่งก าเนิดนั้น

คลื่นมีกี่ประเภท

- ถ้าใช้ตัวกลางเป็นเกณฑ์ในการแบ่ง

คลื่นกล (Mechanical Wave)

อาศัยตัวกลางในการส่งผ่านพลังงาน

คลื่นในเส้นเชือก คล่ืนผิวน้ า คล่ืนเสียง

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Wave)

ไม่ต้องอาศัยตัวกลางในการส่งผ่านพลังงาน

คลื่นแสง คลื่นวิทยุ คล่ืนโทรทัศน์ รังสียูวี

- ถ้าใช้ทิศทางในการสั่นเป็นเกณฑ์

คลื่นตามขวาง (Transverse Wave)

คลื่นที่อนุภาคตัวกลางเคลื่อนที่ตั้ง

ฉากกับทิศการ เคลื่อนที่ของคลื่น

คลื่นตามยาว (Longitudinal Wave)

คลื่นที่อนุภาคตัวกลางเคลื่อนที่ไปมา

ในแนวเดียวกับการเคลื่อนที่

บทที่ 14

ปรากฏการณ์คลื่น

2

- ถ้าใช้จ านวนครั้งในการเกิดคลื่นเป็นเกณฑ์

คลื่นดล (Pulse Wave)

แหล่งก าเนิดสั่นเพียงหนึ่งหรือสองครั้ง แล้วเกิดคลื่นเพียงหนึ่ง

หรือสองลูก

คลื่นเป็นช่วง (Periodic Wave)

คลื่นดลที่เกิดข้ึนเป็นช่วงๆ

คลื่นต่อเนื่อง (Continuous Wave)

แหล่งก าเนิดสั่นเป็นจังหวะต่อเนื่อง ท าให้ได้คลื่นออกมาจาก

แหล่งก าเนิดอย่างต่อเนื่อง ตลอดเวลา

- องค์ประกอบของคลื่น

2. แอมพลิจูดคืออะไร

คือการกระจัดที่มีค่ามากที่สุดของคลื่น

พลังงานของคลื่นมีค่าแปรผันตรงกับ ก าลังสองของแอม

พลิจูด

E α A2

- ถ้าแอมพลิจูดมาก พลังงานจะมีค่า ..................

- ถ้าแอมพลิจูดน้อย พลังงานจะมีค่า ..................

3

3. ความยาวคลื่น

ระยะที่วัดจากสองจุดใดๆ ของคลื่นที่อยู่ถัดกัน โดยสองจุดนี้จะต้องเป็นจุดที่เฟสตรงกัน

พูดง่ายๆก็คือ เฟส ถึง เฟสตรงกัน ของคลื่นถัดไป

แล้วเฟสคืออะไรล่ะ ??

4. คาบ/ความถี ่

คาบ (Period) T

- เวลาที่คล่ืนหนึ่งลูกใช้ในการเคลื่อนที่ (เวลา/ลูกคลื่น)

ความถ่ี (Frequency) f

- จ านวนลูกคลื่นที่เคลื่อนที่ได้ในหนึ่งหน่วยเวลา (ลูกคลื่น/เวลา)

1f

T

1T

f

4

5. หน้าคลื่น / รังสีคลื่น

สรุป : รังสีและหน้าคลื่นจะต้องตั้งฉากกันตลอด

6. ความเร็วคลื่น

ความเร็วเฟส (Phase Velocity)

จาก

เปลี่ยนคาบเป็นความถ่ี

- ตัวอย่างที่ 1: เมื่อท าให้เกิดคลื่นดลหน้าคลื่นเส้นตรงขึ้นในชุดถาดคลื่น โดยใช้

คานก าเนิดคลื่นตรงกระทุ่มน้ า 1 ครั้ง พบว่าคลื่นดลนี้เคลื่อนที่ไปถึงขอบถาดที่

อยู่ห่างออกไป 40 ซม. ในเวลา 10 วินาที และมีคลื่นสะท้อนน้อยมากจากขอบ

ถาด ต่อมาท าให้คานก าเนิดคลื่นกระทุ้มน้ า ด้วยความถ่ี 10 ครั้ง ต่อวินาทีอย่าง

สม่ าเสมอ จะพบว่าเวลาที่ยอดคลื่น 2 ยอดที่อยู่ใกล้กันที่สุด จะเคลื่อนที่มาถึง

ขอบถาดคลื่นห่างกันเป็นเวลากี่วินาที

วิธีท า ถ้า f=10

sV

t

VT

1T

f

1 1T 0.1 s

f 10

5

- ตัวอย่างที่ 2 : คลื่นในเชือกเส้นยาว เมื่อเวลาหนึ่งเป็นดังที่เห็นรูป ก . หลังจาก

นั้น 0.5 วินาที เป็นดังที่เห็นในรูป ข. ความถ่ีของคลื่นจะเป็นกี่เฮิรตซ์

วิธีท า

7. สมบัติของคลื่น

สมบัติ

- เรขา

สะท้อน

เกิดข้ึนเมื่อเจอสิ่งกีดขวาง

sV

t V f

sf

t

2

2 15x10fx20x10

0.5

f 1.5 Hz

6

กฎเหล็กการสะท้อน

มุมตกกระทบ = มุมสะท้อน

รังสีตกกระทบ , รังสีสะท้อน และเส้นปกติ อยู่ใน

ระนาบเดียวกัน

ความถ่ี ความยาวคล่ืน ความเร็วคลื่น ไม่เปลี่ยนแปลงถ้าไม่มี

การสูญเสียพลังงาน แอมพลิจูดไม่เปลี่ยนแปลง

ตัวอย่างการสะท้อน

คลื่นน้ า

คลื่นในเส้นเชือก

ปลายตรึงเฟสตรงข้าม

ปลายอิสระเฟสคงเดิม

7

หักเห

เกิดเมื่อคลื่นเคลื่อนที่ผ่านรอยต่อระหว่างตัวกลางหนึ่งเข้าไปยัง

อีกตัวกลางหนึ่งที่มีสมบัติแตกต่างกัน

ท าให้ความเร็วเฟสเปลี่ยนไป

เป็นไปตามกฎของสเนลล์ (Snell’s Law)

การหักเหไม่ท าให้ความถ่ีเปลี่ยนแปลง

ตัวอย่างที่ 3 : คลื่นผิวน้ าเคลื่อนที่จากบริเวณน้ าลึกไปยัง

บริเวณน้ าตื้น โดยหน้าคลื่นตกกระทบขนานกับบริเวณรอยต่อ

คลื่นในบริเวณทั้งสองมีค่าใดบ้างท่ีเท่ากัน

ก. ความถ่ีของคลื่น ข. ความยาวคลื่น

ค. อัตราเร็วของคลื่น ง. ทิศการเคลื่อนที่ของคลื่น

1. ก. และ ข. 2. ข. และ ค.

3. ค. และ ง. 4. ก. และ ง.

ตัวอย่างที่ 4 : คลื่นน้ าเคลื่อนที่จากเขตน้ าลึกเข้าไปยังเขตน้ า

ตื้น โดยมีรอยต่อของเขตทั้งสองเป็นเส้นตรง ถ้าหน้าคลื่นตก

กระทบท ามุมกับแนวรอยต่อ 30 องศา ท าให้ความยาวคลื่นใน

เขตน้ าตื้นเป็นครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นในเขตน้ าลึก อยาก

ทราบว่าหน้าคลื่นหักเหท ามุมกับเขตรอยต่อเป็นมุมเท่าใด

1 1 1 2

1 2

2 2 2 1

sin V nn

sin V n

1 1 1 2

1 2

2 2 2 1

sin V nn

sin V n

8

วิธีท า

จาก

แทนค่า

ดังนั้น หน้าคลื่นหักเหจะท ามุมกับรอยต่อเป็นมุม

- กายภาพ

เลี้ยวเบน

แทรกสอด

ใช้หลักการรวมกันของคลื่น (Superposition)

การรวมกันแบบเสริม (Antinode)

การรวมกันแบบหักล้าง (Node)

1 1sin

4

9

การแทรกสอดของคลื่นน้ า

การค านวณ

ถ้าP เป็นจุดปฎิบัพ แล้ว

ถ้า P เป็นจุดบัพ แล้ว

1 2S P S P n

1 2

1S P S P n

2

n=1,2,3

…

10

ตัวอย่างที่ 5 : แหล่งก าเนินคลื่นน้ าสร้างคลื่นน้ าที่สองต าแหน่ง

A และ B มีความยาวคล่ืน 1.5 เซนติเมตร และได้แนวของ

เส้นปฏิบัพดังแสดงในรูป อยากทราบว่า AC และ BC มีความ

ยาวต่างกันเท่าใด

ถ้าP เป็นจุดปฎิบัพ แล้ว

AC และ BC มีความยาวต่างกัน 3 cm

ตัวอย่างที่ 6 : จากรูปเป็นภาพการแทรกสอดของคลื่นผิวน้ าที่

เกิดจากแหล่งก าเนิดอาพันธ์ S1 และ S2 โดยมี P เป็นจุดใดๆ

บนแนวเส้นบัพ S1P = 15 เซนติเมตร S2P = 5 เซนติเมตร

ถ้าอัตราเร็วของคลื่นทั้งสองเท่ากับ 50 เซนติเมตรต่อวินาที

แหล่งก าเนิดคลื่นทั้งสองมีความถ่ีกี่เฮิรตซ์

ถ้าP เป็นจุดบัพ แล้ว

1 2S P S P n

AC BC 2 1.5

AC BC 3 cm

1 2

1S P S P n

2

115 5 2

2

20

3

3

2

3x50f

20

V 20

f 3

11

ดังนั้น ความถ่ีของแหล่งก าเนิดคลื่นทั้งสองมีค่า 7.5 เฮิร์ตซ์

50 20

f 3

f 7.5 Hz