บทที่ 1 คลื่นกล
คลื่นกล (Mechanical Wave )
คลื่นกล คือการถ่ายโอนพลังงานจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง โดยการเคลือนที่ไปของคลื่นต้องมีโมเลกุลหรืออนุภาคตัวกลางเป็นตัวถ่ายโอนพลังงานจึงจะทำให้คลื่นแผ่ออกไปได้ ดังนั้นคลื่นกลจะเดินทางและส่งผ่านพลังงานโดยไม่ทำให้เกิดการเคลื่อนตำแหน่งอย่างถาวรของอนุภาคตัวกลางเพราะตัวกลางไม่ได้เคลื่อนที่แต่จะสั่นไปมารอบจุดสมดุล
ต่างจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เดินทางโดยไม่ต้องอาศัยตัวกลาง
คำว่าคลื่นตามคำจำกัดความ หมายถึง การรบกวน (disturbance) สภาวะสมดุลทางฟิสิกส์ และการรบกวนนั้นจะเคลื่อนที่จากจุดหนึ่งออกไปยังอีกจุดหนึ่งได้ตามเวลาที่ผ่านไป
ในบทนี้จะกล่าวถึงกฎเกณฑ์ต่างๆ ของคลื่นในทางฟิสิกส์
ชนิดของคลื่น
การแบ่งชนิดของคลื่นวิธีที่ 1 แบ่งโดยอาศัยทิศทางของพลังงานกับทิศการสั่นอนุภาค จะแบ่งคลื่นได้ 2 ชนิด คือ
1) คลื่นตามขวาง (longitudinal wave) คือ คลื่นซึ่งมีทิศการถ่ายทอดพลังงานตั้งฉากกับทิศของการสั่นอนุภาค เช่นคลื่นในเส้นเชือก เป็นต้น
2) คลื่นตามยาว (transverse wave) คือคลื่นที่มีทิศการถ่ายทอดพลังงานขนาน กับทิศการสั่นของอนุภาค เช่น คลื่นในลูกแก้ว เป็นต้น
การแบ่งชนิดของคลื่นวิธีที่ 2 แบ่งโดยอาศัยลักษณะการถ่ายทอดพลังงาน จะแบ่งคลื่นได้ 2 ชนิด คือ
1) คลื่นกล (mechanical wave) คือคลื่นที่ต้องอาศัยอนุภาคตัวกลางจึงถ่ายทอดพลังงานได้ เช่นคลื่นในเส้นเชือก คลื่นในลูกแก้ว เป็นต้น
2) คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic wave) คือคลื่นที่ไม่ต้องอาศัยอนุภาคตัวกลาง ก็สามารถถ่ายทอดพลัง งานได้ ซึ่งได้แก่ รังสีแกมมา รังสีเอ็กซ์ รังสีอัลตราไวโอเลต คลื่นแสง รังสีอินฟาเรด คลื่นไมโครเวฟ คลื่นวิทยุ ไฟฟ้ากระแสสลับ
สมบัติของคลื่น
2.สมบัติการหักเหของคลื่น จะทำให้ V และ λ เปลี่ยนไป แต่ทิศการเคลื่อนที่ของคลื่นอาจจะเปลี่ยนไปหรือคงเดิมก็ได้
3.จากกฎของสเนลล์ถ้ามุมตกกระทบมากกว่าศูนย์
สมบัติของคลื่น
1.การสะท้อนของคลื่นจะเกิดเมื่อคลื่นเคลื่อนที่ไปกระทบสิ่งกีดขวางแล้วเปลี่ยนทิศทาง กลับสู่ตัวกลางเดิม
สิ่งที่ควรรู้ ความถี่ ความยาวคลื่น และอัตราเร็วของคลื่นสะท้อน จะมีค่าเท่ากับความถี่่ ความยาวคลื่น และอัตราเร็วของคลื่นตกกระทบเสมอ
2.การหักเห คือ การที่คลื่นน้ำเคลื่อนที่จากตัวกลางหนึ่ง(บริเวณหนึ่ง) ไปสู่อีกตัวกลางหนึ่ง(อีกบริเวณหนึ่ง) แล้วทำให้อัตราเร็วของคลื่นเปลี่ยนไป (λ เปลี่ยนไปด้วย แต่ f คงที่) โดยที่คลื่นที่เคลื่อนที่ผ่านรอยต่อระหว่างตัวกลางไปเรียกว่า คลื่นหักเห
สิ่งที่ควรรู้
1.เมื่อคลื่นเคลื่อนที่มาถึงรอยต่อระหว่างน้ำลึกและน้ำตื้น จะมีคลื่นเคลื่อนที่หักเหผ่านรอยต่อไป และจะมีคลื่นส่วนหนึ่งเกิดการสะท้อนเข้าไปสู่ตัวกลางเดิม โดยคลื่นสะท้อนนั้นจะมีแอมพลิจูดลดลง
2.สมบัติการหักเหของคลื่น จะทำให้ V และ λ เปลี่ยนไป แต่ทิศการเคลื่อนที่ของคลื่นอาจจะเปลี่ยนไปหรือคงเดิมก็ได้
-ถ้าทิศของคลื่นตกกระทบตั้งฉากกับรอยต่อหรือหน้าคลื่นตกกระทบขนานกับรอยต่อระหว่างตัวกลาง ทิศของคลื่นที่หักเหผ่านไปในอีกตัวกลางหนึ่งจะไม่เปลี่ยนแปลง
-ถ้าทิศของคลื่นตกกระทบทำมุมกับรอยต่อหรือหน้าคลื่นตกกระทบทำมุมกับรอยต่อระหว่างตัวกลาง ทิศของคลื่นที่หักเหผ่านไปในอีกตัวกลางหนึ่งจะปลี่ยนแปลงไปจากเดิม
3.จากกฎของสเนลล์ถ้ามุมตกกระทบมากกว่าศูนย์
ในน้ำลึก คลื่นจะมีความเร็วมาก ความยาวคลื่นมาก มุมตกกระทบหรือมุมหักเหจะมาก
ในน้ำตื้น คลื่นจะมีความเร็วน้อย ความยาวคลื่นน้อย มุมตกกระทบหรือมุกหักเหจะน้อย
3.การแทรกสอด เมื่อทำการทดลองโดยให้มีคลื่นต่อเนื่องจากแหล่งกำเนิดคลื่นสองแหล่งที่มีความถี่เท่ากันและมีเฟสตรงกันเคลื่อนที่มาพบกัน จะเกิดการซ้อนทับระหว่างคลื่นต่อเนื่องทั้งสองขบวนนั้น เกิดเป็นแนวมืดและแนวสว่างสลับกัน เรียกว่า ลวดลายการแทรกสอด(Interference pattern) ปรากฏการณ์เช่นนี้เกิดจาก
การแทรกสอดของคลื่น
-การแทรกสอดแบบเสริมกัน เป็นการแทรกสอดซึ่งสันคลื่นของคลื่นทั้งสองมารวมกัน หรือท้องคลื่นของคลื่นทั้งสองมารวมกัน (เฟสตรงกันมาพบกัน) คลื่นลัพธ์ที่เกิดขึ้น จะมีสันคลื่นสูงกว่าเดิม และมีท้องคลื่นลึกกว่าเดิม และจะเรียกตำแหน่งนั้นว่า ปฏิบัพ(Anti node, A) ของการแทรกสอด โดยตำแหน่งนั้นผิวน้ำจะนูนมากที่สุดหรือเว้าลงไปมากที่สุด
-การแทรกสอดแบบหักล้าง เป็นการแทรกสอดซึ่งสันคลื่นจากแหล่งกำเนิดหนึ่งมารวมกับท้องคลื่นของอีกแหล่งกำเนิดหนึ่ง (เฟสตรงกันข้ามมาพบกัน) คลื่นลัพธ์ที่เกิดขึ้นจะมีสันคลื่นต่ำกว่าเดิม และท้องคลื่นตื้นกว่าเดิม และจะเรียกตำแหน่งนั้นว่า บัพ (Node,N) ของการแทรกสอด โดยตำแหน่งนั้นน้ำจะไม่กระเพื่อมเลย หรือกระเพื่อมน้อยที่สุด
4.การเลี้ยวเบน ถ้ามีสิ่งกีดขวางกั้นการเคลื่อนที่ของคลื่นเพียงบางส่วน จะพบว่ามีคลื่นส่วนหนึ่งแผ่จากขอบของสิ่งกีดขวางไปทางด้านหลังของสิ่งกีดขวางนั้น การที่มีคลื่นปรากฏอยู่ทางด้านหลังของแผ่นกั้นคลื่นในบริเวณนองทิศทางเดิมของคลื่นเรียกว่า การเลี้ยวเบนของคลื่น
สิ่งที่ควรรู้
1. การเลี้ยวเบนของคลื่นยังคงมีความยาวคลื่น ความถี่ และอัตราเร็วเท่าเดิม2. เมื่อความถี่ของคลื่นน้ำต่ำหรือความยาวคลื่นมาก คลื่นจะอ้อมสิ่งกีดขวางไปได้ไกลกว่าเมื่อใช้ความถี่สูง3. แอมพลิจูดของคลื่นที่เลี้ยวเบนไปจะลดลง
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น