ปรากฏการคลื่น

คลื่น ปรากฏการณ์คลื่น

คลื่นเป็นปรากฏการณ์ที่เกี่ยวกับการเคลื่อนที่รูปแบบหนึ่ง คลื่นสามารถจำแนกตามลักษณะต่าง ๆได้ดังนี้
1.จำแนกตามลักษณะการอาศัยตัวกลาง

       1.1 คลื่นกล (Mechanical wave)   เป็นคลื่นที่เคลื่อนที่โดยอาศัยตัวกลางซึ่งอาจเป็นของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซก็ได้ ตัวอย่างของคลื่นกลได้แก่ คลื่นเสียง คลื่นที่ผิวน้ำ คลื่นในเส้นเชือก เป็นต้น

       1.2 คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic waves)   เป็นคลื่นที่เคลื่อนที่โดยไม่อาศัยตัวกลาง สามารถเคลื่อนที่ในสุญญากาศได้ เช่น คลื่นแสง คลื่นวิทยุและโทรทัศน์ คลื่นไมโครเวฟ รังสีเอกซ์ รังสีแกมมา เป็นต้น

2.จำแนกตามลักษณะการเคลื่อนที่

       2.1 คลื่นตามขวาง (Transverse wave) เป็นคลื่นที่อนุภาคของตัวกลางเคลื่อนที่ในทิศตั้งฉากกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่น ตัวอย่างของคลื่นตามขวางได้แก่ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

       2.2 คลื่นตามยาว (Longitudinal wave) เป็นคลื่นที่อนุภาคของตัวกลางเคลื่อนที่ไปมาในแนวเดียวกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่น ตัวอย่างของคลื่นตามยาวได้แก่ คลื่นเสียง

3.จำแนกตามลักษณะการเกิดคลื่น

       3.1 คลื่นดล (Pulse wave) เป็นคลื่นที่เกิดจากแหล่งกำเนิดถูกรบกวนเพียงครั้งเดียว

       3.2 คลื่นต่อเนื่อง (Continuous wave) เป็นคลื่นที่เกิดจากแหล่งกำเนิดถูกรบกวนเป็นจังหวะต่อเนื่อง

ส่วนประกอบของคลื่น

สันคลื่น (Crest)  เป็นตำแหน่งสูงสุดของคลื่น หรือเป็นตำแหน่งที่มีการกระจัดสูงสุดในทางบวก

ท้องคลื่น (Crest)  เป็นตำแหน่งต่ำสุดของคลื่น หรือเป็นตำแหน่งที่มีการกระจัดสูงสุดในทางลบ

แอมพลิจูด (Amplitude)  เป็นระยะการกระจัดมากสุด ทั้งค่าบวกและค่าลบ

ความยาวคลื่น (Wavelength)  เป็นความยาวของคลื่นหนึ่งลูกมีค่าเท่ากับระยะระหว่างสันคลื่นหรือท้องคลื่นที่อยู่ถัดกัน ความยาวคลื่นแทนด้วยสัญลักษณ์ มีหน่วยเป็นเมตร (m)

ความถี่ (Frequency)  หมายถึง จำนวนลูกคลื่นที่เคลื่อนที่ผ่านตำแหน่งใด ๆ ในหนึ่งหน่วยเวลา แทนด้วยสัญลักษณ์ มีหน่วยเป็นรอบต่อวินาที (s-1) หรือ เฮิรตซ์ (Hz)

คาบ (period)  หมายถึง ช่วงเวลาที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่านตำแหน่งใด ๆ ครบหนึ่งลูกคลื่น แทนด้วยสัญลักษณ์  มีหน่วยเป็นวินาทีต่อรอบ (s)

อัตราเร็วของคลื่น (wave speed)  หาได้จากผลคูณระหว่างความยาวคลื่นและความถี่

สมบัติของคลื่น (wave properties) 
คลื่นทุกชนิดแสดงสมบัติ 4 อย่าง คือการสะท้อน การหักเห การแทรกสอด และการเลี้ยวเบน

การสะท้อน (reflection)  เกิดจากคลื่นเคลื่อนที่ไปกระทบสิ่งกีดขวาง แล้วเปลี่ยนทิศทางกลับสู่ตัวกลางเดิม

การหักเห (refraction)  เกิดจากคลื่นเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางที่ต่างกัน แล้วทำให้อัตราเร็วเปลี่ยนไป

การเลี้ยวเบน (diffraction)  เกิดจากคลื่นเคลื่อนที่ไปพบสิ่งกีดขวาง ทำให้คลื่นส่วนหนึ่งอ้อมบริเวณของสิ่งกีดขวางแผ่ไปทางด้านหลังของสิ่งกีดขวางนั้น

การแทรกสอด (interference)  เกิดจากคลื่นสองขบวนที่เหมือนกันทุกประการเคลื่อนที่มาพบกัน แล้วเกิดการซ้อนทับกัน ถ้าเป็นคลื่นแสงจะเห็นแถบมืดและแถบสว่างสลับกัน ส่วนคลื่นเสียงจะได้ยินเสียงดังเสียงค่อยสลับกัน

             การสะท้อนของคลื่น    เป็นปรากฏการณ์ที่สำคัญประการหนึ่งของคลื่น  ถือได้ว่าเป็นสมบัติของคลื่นอย่างหนึ่ง  จะเกิดขึ้นเมื่อคลื่นเคลื่อนที่ไปพบสิ่งกีดขวาง  หรือเปลี่ยนตัวกลางในการเคลื่อนที่  โดยคลื่นที่เคลื่อนที่ไปกระทบสิ่งกีดขวางเรียกว่า คลื่นตกกระทบ และคลื่นที่สะท้อนออกมาเรียกว่าคลื่นสะท้อน ในการสะท้อนแต่ละครั้งพบว่ามุมที่หน้าคลื่นตกกระทบกระทำกับสิ่งกีดขวางจะเท่ากับมุมที่หน้าคลื่นสะท้อนกระทำกับสิ่งกีดขวางเสมอ นั่นคือการสะท้อนของคลื่นจะเป็นไปตามกฎการสะท้อนที่ว่า 
                “เมื่อคลื่นเกิดการสะท้อนจะได้มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อนเสมอ”

คุณสมบัติการสะท้อนของคลื่น

             เมื่อคลื่นเคลื่อนที่ไปชนสิ่งกีดขวาง หรือเคลื่อนที่ไปถึงปลายสุดของตัวกลางจะทำให้เกิดคลื่นสะท้อนขึ้นมา  คลื่นสะท้อนที่เกิดขึ้นมานั้น  จะต้องมีคุณสมบัติดังนี้…

1.       ความถี่ของคลื่นสะท้อนมีค่าเท่ากับความถี่ของคลื่นตกกระทบ

2.       ความเร็วและความยาวคลื่นของคลื่นสะท้อนมีค่าเท่ากับความเร็วและความยาวคลื่นของคลื่นตกกระทบ

3.       ถ้าการสะท้อนไม่สูญเสียพลังงาน  จะได้แอมพลิจูดของคลื่นสะท้อนมีค่าเท่ากับแอมพลิจูดของคลื่นตกกระทบ

การหักเหของคลื่น  เป็นปรากฏการณ์ที่สำคัญอีกประการหนึ่งของคลื่น  ถือเป็นอีกสมบัติของคลื่น ซึ่งจะเกิดขึ้นเมื่อคลื่นเปลี่ยนตัวกลางในการคลื่นที่  หรือคลื่นเคลื่อนที่ผ่านรอยต่อระหว่างตัวกลางที่มีสมบัติต่างกัน  มีผลทำให้อัตราเร็วและความยาวของคลื่นเปลี่ยนไป  การหักเหของคลื่นมักเกิดขึ้นพร้อม ๆ กับการสะท้อนของคลื่น   

สรุป  “กฎการหักเหของคลื่น” ได้ว่า

1.       ทิศทางของคลื่นตกกระทบ  เส้นแนวฉากและทิศทางของคลื่นหักเหอยู่ในระนาบเดียวกัน
2.       อัตราส่วนของค่า sine ของมุมตกกระทบต่อค่า sine ของมุมหักเหสำหรับตัวกลางคู่หนึ่ง ๆ จะมีค่าคงที่เสมอ

ปรากฏการณ์การแทรกสอด (interference) ถือเป็นคุณสมบัติที่สำคัญประการหนึ่งของคลื่นซึ่งเป็นสิ่งที่ชี้ให้เห็นความแตกต่างระหว่างคลื่นกับอนุภาค เกิดขึ้นจากการที่คลื่นจากแหล่งกำเนิดตั้งแต่สองแหล่งกำเนิดขึ้นไปเดินทางมาพบกันจะเกิดการแทรกสอดหรือเกิดการรวมกันของคลื่นหลังจากรวมกันหรือแทรกสอดกันแล้วลักษณะของคลื่นจะไม่เปลี่ยนแปลง กล่าวคือรูปร่างของคลื่นก่อนการแทรกสอดและหลังการแทรกสอดมีลักษณะเหมือนเดิม การแทรกสอดกันของคือจะมีสองชนิดคือ
        การแทรกสอดแบบเสริม ซึ่งเป็นแทรกสอดที่เกิดจากคลื่นที่มีการกระจัดไปทางเดียวกันเดินทางมาพบกันจะมีผลทำให้แอมพลิจูดรวมของคลื่นรวมสูงกว่าเดิม  เราเรียกตำแหน่งนี้ว่าตำแหน่งปฏิบัพ  
        การแทรกสอดแบบหักล้าง ซึ่งเป็นแทรกสอดที่เกิดจากคลื่นที่มีการกระจัดทิศตรงข้ามกันเดินทางมาพบกันจะมีผลทำให้แอมพลิจูดรวมของคลื่นรวมต่ำกว่าเดิม  เราเรียกตำแหน่งนี้ว่าตำแหน่งบัพ   

END  THANK YOU