Waves

คลื่น

คุณสมบัติทั่วไปของคลื่น

 คลื่น  เป็นรูปแบบของการส่งผ่านพลังงานแบบหนึ่ง
คลื่นบางชนิดไม่อาศัยตัวกลางในการส่งผ่านพลังงาน  แต่ คลื่นบางชนิดต้องอาศัยตัวกลางในการส่งผ่่านพลังงาน

คลื่นที่อาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ เรียกว่า “คลื่นกล” เช่น คลื่นเสียง คลื่นน้ำ และคลื่นในเส้นเชือก
ในขณะที่พลังงานถูกส่งไปที่ใด ตัวกลางบริเวณนั้นจะเคลื่อนที่หรือสั่นแบบซิมเปิลฮาร์มอนิก

ส่วนคลื่นที่ไม่อาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ แต่อาศัยการเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงกับสนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลง เรียกว่า “คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า” เช่น แสง คลื่นวิทยุ เอกซ์เรย์ เรดาร์ ไมโครเวฟ

1. ความสัมพันธ์ระหว่าง ความเร็ว ความถี่ และความยาวคลื่น

    2. ความสัมพันธ์ระหว่าง ความยาวคลื่น มุมเฟส และคาบ

การบอกตำแหน่งของอนุภาคตัวกลาง ที่สั่นแบบซิมเปิลฮาร์มอนิก เมื่อคลื่นเคลื่อนที่ผ่าน นอกจากบอกเป็นระยะกระจัดจากตำแหน่งสมดุลแล้ว  ยังอาจบอกเป็นมุมเฟสก็ได้ (โดยคิดเสมือนว่าอนุภาคตัวกลางกำลังเคลื่อนที่แบบวงกลมด้วยอัตราเร็วเชิงมุมคงที่)

หากพิจารณาคลื่นต่อเนื่องที่กำลังเคลื่อนที่บนตัวกลางหนึ่ง
ตำแหน่งสองตำแหน่งบนคลื่นต่อเนื่องขบวนหนึ่งที่อยู่ห่างกัน หนึ่งความยาวคลื่น จะมีความต่างเฟสกัน 360 องศา และสั่นก่อนหรือหลังกันเป็นเวลา หนึ่งคาบ

 4. การสะท้อนของคลื่น

มุมตกกระทบ = มุมสะท้อน

 

   3. การหักเห

4. การแทกสอด

เป็นการรวมกันของคลื่น โดยผลจากการรวมกันนั้น ทำให้เกิดคลื่นรวมมีลักษณะเป็นคลื่นนิ่ง (Standing Wave)

ถ้า S₁ และ S₂ เป็นแหล่งกำเนิดคลื่นอาพันธ์ (coherent source)

สมการการแทรกสอด ณ ตำแหน่ง P

 

in phase  กรณี P เป็นตำแหน่ง ปฎิบัพ

in phase  กรณี P เป็นตำแหน่ง บัพ

ซึ่ง บางครั้ง อาจแทน S₁P – S₂P ด้วย d sinθ หรือ   

        หมายเหตุ :  รูป และ สมการ ข้างต้น เป็นกรณีที่แหล่งกำเนิดคลื่นทั้งสองเป็น “แหล่งกำเนิดคลื่นอาพันธ์ที่มีเฟสตรงกัน(in phase) เท่านั้น”     ถ้ามีเฟสตรงกันข้าม (out of phase) สมการจะเป็นตรงกันข้าม และแนวกลางจะเป็น แนวบัพ

      

5. การเลี้ยวเบนและแทรกสอดผ่านช่องแคบเดี่ยว

ในการเลี้ยวเบนและแทรกสอด ผ่านช่องแคบเดี่ยว(Single slit)

1. ถ้า d < λ จะไม่เกิดการแทรกสอด แต่จะเกิดการเลี้ยวเบนอย่างเดียว

2. ถ้า d » λ จะเกิดการเลี้ยวเบนดีที่สุด มีการแทรกสอด แต่แนว N₁ จะอยู่ในแนวเดียวกับ slit ทำให้มองไม่เห็นชัดเจน

3. ถ้า d >λ จะเกิดการเลี้ยวเบน และการแทรกสอด มองเห็นแนวการแทรกสอดเป็น แนวบัพ และ แนวปฏิบัพ อย่างชัดเจน

โดยสมการการเกิดจุดบัพที่จุด P คือ

d sinθ  หรือ = nλ

 

EXERCISES

โจทย์ คลื่นทดสอบความเข้าใจ 1.

(คลิป เฉลย  จะดูได้สำหรับสมาชิกเท่านััน อยู่ระหว่างดำเนินการ )
โจทย์ ของอาจารย์นิรันด์ สุวรัตน์ น่าลองทำ
(บางข้อจะ มีคลิป เฉลย เพื่อการทำความเข้าใจได้เร็วขึ้น)