โลกของคลื่นและปรากฏการณ์คลื่น โดย อาจารย์ปิยะพงษ์ ทวีพงษ์ กลุ่มสาระวิทยาศาสตร์ฯ โรงเรียนสาธิตมหาวิทยาลัยราชภัฏสวนสุนันทา

ทำไมต้องศึกษาเรื่องคลื่น ?

ภูเขาไฟใต้มหาสมุทรในเขตประเทศตองกาปี 2552

มี 5 สาววันเดอร์เกิร์ล ไม่กลัวสึนามิ

การเคลื่อนที่ของเปลือกโลกที่เรียกว่า Subduction

การแผ่พลังงานของคลื่นสึนามิ

คลื่น Wave คลื่น (wave) หมายถึง ลักษณะของการถูกรบกวน ที่มีการแผ่กระจาย เคลื่อนที่ออกไป ในลักษณะของการกวัดแกว่ง หรือกระเพื่อม ซึ่งทำให้มีการแผ่หรือถ่ายโอนพลังงานจากการสั่นสะเทือนไปยังจุดอื่นๆ โดยที่ตัวกลางนั้นไม่มีการเคลื่อนที่ไปกับคลื่น

ลักษณะการเกิดคลื่น เช่น ผิวน้ำถูกรบกวน เกิดเป็นคลื่นแผ่กระจายออกรอบข้าง ดังภาพ

การแผ่พลังงานของคลื่น

ชนิดของคลื่น คลื่นเป็นปรากฏการณ์ที่เกี่ยวกับการเคลื่อนที่รูปแบบหนึ่ง คลื่นสามารถจำแนกตามลักษณะต่าง ๆได้ดังนี้ 1.   จำแนกตามลักษณะการอาศัยตัวกลาง 2.   จำแนกตามลักษณะการเคลื่อนที่ 3.   จำแนกตามลักษณะการเกิดคลื่น

จำแนกตามลักษณะการอาศัยตัวกลาง

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

จำแนกตามลักษณะการเคลื่อนที่ 2.1   คลื่นตามขวาง (Transverse wave)   เป็นคลื่นที่อนุภาคของตัวกลางเคลื่อนที่ในทิศตั้งฉากกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่น ตัวอย่างของคลื่นตามขวางได้แก่ คลื่นนิ่งในเส้นเชือก คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คลื่นน้ำ

2.2   คลื่นตามยาว (Longitudinal wave)   เป็นคลื่นที่อนุภาคของตัวกลางเคลื่อนที่ไปมาในแนวเดียวกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่น ตัวอย่างของคลื่นตามยาวได้แก่ คลื่นเสียง คลื่นในขดลวดสปริง

จำแนกตามลักษณะการเกิดคลื่น 3.1   คลื่นดล (Pulse wave)   เป็นคลื่นที่เกิดจากแหล่งกำเนิดถูกรบกวนเพียงครั้งเดียว 3.2   คลื่นต่อเนื่อง (Continuous wave)   เป็นคลื่นที่เกิดจากแหล่งกำเนิดถูกรบกวนเป็นจังหวะต่อเนื่อง

ลักษณะทางกายภาพของคลื่น

แสดงหน้าคลื่นตรง 4 5 1 2 3 λ λ λ λ

ส่วนประกอบของคลื่น สันคลื่น (Crest)   เป็นตำแหน่งสูงสุดของคลื่น หรือเป็นตำแหน่งที่มีการกระจัดสูงสุดในทางบวก ท้องคลื่น (Trough)   เป็นตำแหน่งต่ำสุดของคลื่น หรือเป็นตำแหน่งที่มีการกระจัดสูงสุดในทางลบ แอมพลิจูด (Amplitude)   เป็นระยะการกระจัดมากสุด ทั้งค่าบวกและค่าลบ หรือ อาจกล่าวได้ว่าแอมพลิจูด คือ ตำแหน่งที่มีการกระเพื่อมของคลื่นขึ้นไปได้สูงสุด (+) หรือต่ำสุด (-)

ความยาวคลื่น (wavelength)   เป็นความยาวของคลื่นหนึ่งลูกมีค่าเท่ากับระยะระหว่างสันคลื่นหรือท้องคลื่นที่อยู่ถัดกัน ความยาวคลื่นแทนด้วยสัญลักษณ์ λ มีหน่วยเป็นเมตร (m)

ความถี่ (frequency)   หมายถึง จำนวนลูกคลื่นที่เคลื่อนที่ผ่านตำแหน่งใด ๆ ในหนึ่งหน่วยเวลา แทนด้วยสัญลักษณ์ f มีหน่วยเป็นรอบต่อวินาที (s-1) หรือ เฮิรตซ์ (Hz) คาบ (period)   หมายถึง คือ เวลาที่คลื่นเคลื่อนที่ไปได้ 1 ลูกคลื่น หรือเวลาที่อนุภาคในตัวกลางสั่นขึ้นลงได้ 1 รอบ มีหน่วยเป็นวินาที (S) การกระจัด (Dispacement) หมายถึง ระยะทางตั้งฉากที่วัดจากตำแหน่งสมดุลไปยังจุดที่มีการกระเพื่อมมีเครื่องหมายเป็นบวก + และ - แทนทิศการกระจัด

เฟส(Phase)ของคลื่น คือ การบอกหรือการเรียกตำแหน่งต่างๆ บนคลื่น โดยมีความสัมพันธ์กับการกระจัดของอนุภาคในตัวกลาง ซึ่งเทียบกับการเคลื่อนที่แบบวงกลม นิยมบอกเป็นค่ามุมในหน่วยองศา หรือ เรเดียน

θ คือ มุม หรือ เฟส (เปรียบเทียบกับการเคลื่อนที่แบบวงกลม ; π เรเดียน = 180˚, 2π เรเดียน = 360˚) โดยปกติ การนับเฟสอาจนับแบบต่อเนื่องไปเรื่อยๆ เช่น 1 รอบ , 2 รอบ หรือจะเริ่มนับใหม่ทุกครั้งที่ครบรอบก็ได้

เฟสตรงกัน(inphase) หมายถึง ตำแหน่งใดๆ ที่มีทิศการสั่นไปทางเดียวกันและมีการกระจัดเท่ากัน(ขนาดการกระจัดเท่ากันและทิศการสั่นไปทางเดียวกัน)

เฟสตรงข้าม(out of phase) หมายถึง ตำแหน่งใดๆ ที่มีทิศการสั่นตรงข้ามกัน และมีขนาดการกระจัดเท่ากัน(ขนาดการกระจัดเท่ากันและทิศการสั่นตรงข้ามกัน)

เฟสต่างกัน หมายถึง เฟสใดๆ ที่เฟสไม่ตรงกัน และไม่ตรงข้ามกัน

ดังนั้นเราจะได้ความสัมพันธ์ใหม่เป็น V = λ/T หรือ V = f λ A B S = λ เนื่องจากอัตราเร็วของคลื่นในตัวกลางเดียวกันมีค่าคงที่ ถ้าพิจารณาการเคลื่อนที่ในช่วงเวลาเท่ากับคาบ (T) หรือ t2 – t1 = T จะพบว่าระยะทางที่คลื่นลูกนั้นเคลื่อนที่ได้จะมีค่าเท่ากับความยาวคลื่น (λ) หรือ s = λ ดังนั้นเราจะได้ความสัมพันธ์ใหม่เป็น V = λ/T หรือ V = f λ { อัตราเร็วของคลื่นมีหน่วยเป็นเมตรต่อวินาที (m/s)}

ความสัมพันธ์ระหว่างคาบ (T) และความถี่ (f ) เป็นไปตามสมการ ความสัมพันธ์ระหว่าง อัตราเร็วคลื่น และ ความยาวคลื่น เป็นไปตามสมการ

ในเวลา 10 วินาที มีคลื่นเคลื่อนที่ผ่านจุดหนึ่งบนตัวกลางได้กี่ลูกคลื่น ตัวอย่างที่ 1 แหล่งกำเนิดคลื่นสั่นด้วยความถี่ 10 Hz เกิดคลื่นมีระยะห่างของสันคลื่นลูกที่หนึ่งถึงลูกที่ห้าเป็นระยะ 80 เซนติเมตร จงหา ในเวลา 10 วินาที มีคลื่นเคลื่อนที่ผ่านจุดหนึ่งบนตัวกลางได้กี่ลูกคลื่น เวลาที่อนุภาคหนึ่งบนผิวตัวกลางสั่นขึ้นลงครบ 1 รอบ อัตราเร็วของคลื่นมีค่าเท่าใด วิธีทำ 1.วาดรูปตามโจทย์ การกระจัด 80 cm λ λ λ λ 1 2 3 4 5 ตำแหน่ง (cm)

ดังนั้น 4λ = 80/100 m λ = 0.2 m จากโจทย์ทราบ ความถี่เท่ากับ 10 Hz ความยาวคลื่นตั้งแต่ลูกที่ 1 ถึงลูกที่ 5 มีค่าเท่ากับ 4λ ดังนั้น 4λ = 80/100 m λ = 0.2 m

1. จากโจทย์กำหนดว่าคลื่นมีความถี่ 10 Hz ดังนั้น ในเวลา 1 วินาที มีจำนวนลูกคลื่นผ่านจุดที่เราสังเกต 10 ลูกคลื่น ถ้าในเวลา 10 วินาที จะมีจำนวนลูกคลื่นผ่านจุดที่เราสังเกตเท่ากับ 10 x 10 = 100 ลูก #

ดังนั้น คาบของคลื่น คือ 0.1 วินาที # 2. จากโจทย์ เวลาที่อนุภาคหนึ่งบนผิวตัวกลางสั่นขึ้นลงครบ 1 รอบ คือ คาบ ซึ่งหาได้จาก T = 1/f = 1/10 = 0.1 s ดังนั้น คาบของคลื่น คือ 0.1 วินาที # 3. จาก V = f λ = 10 x 0.2 = 2 m/s ดังนั้น อัตราเร็วของคลื่นขบวนนี้เท่ากับ 2 เมตรต่อวินาที #

4.ความถี่ที่สะบัดปลายเชือก ตัวอย่างที่ 2 เชือกที่ยาวมากและสม่ำเสมอเส้นหนึ่งถูกขึงตรึง ถ้าเราสะบัดปลายเชือกอีกข้างหนึ่งขึ้นลงอย่างสม่ำเสมอเป็นเวลา 0.5 วินาที รูปร่างของเส้นเชือกจะเปลี่ยนแปลง ดังรูป การกระจัด ตำแหน่ง (cm) 2 6 10 14 18 22 จงหา 1.ความยาวคลื่น 2.อัตราเร็วของคลื่น 3.ความถี่ของคลื่น 4.ความถี่ที่สะบัดปลายเชือก

วิธีทำ 1. จากรูป จะเห็นว่า 1 ลูกคลื่นตำแหน่งจะห่างกัน 8 cm 2. จากรูป จะเห็นว่าคลื่นขบวนนี้เคลื่อนที่ไปได้ระยะทางเท่ากับ 22 cm หรือ 0.22 m และจากโจทย์คลื่นขบวนนี้ใช้เวลาในการเคลื่อนที่ 0.5 วินาที ดังนั้น ความเร็วของคลื่นขบวนนี้หาได้จาก V = s/t = 0.22/0.5 = 0.44 m/s

คือ 5.5 เฮิร์ต 3. ความถี่ของคลื่น หาได้จาก V = f λ จะได้ว่า f = V/ λ = 0.44/0.08 = 5.5 Hz 4. ความถี่ของการสะบัดเชือกจะเท่ากับความถี่ของคลื่น คือ 5.5 เฮิร์ต

การบ้าน ตัวอย่างที่ 3 เชือกเส้นหนึ่งปลายข้างหนึ่งถูกยึดติดผนัง อีกปลายหนึ่งถูกสะบัดเป็นจังหวะสม่ำเสมอให้เกิดคลื่น 10 ลูกคลื่น ในเวลา 5 วินาที ถ้าระยะห่างของสันคลื่นที่ติดกันเป็น 30 เซนติเมตร จงหา ความถี่ ความยาวคลื่น อัตราเร็วคลื่น

วิธีทำ จากโจทย์ทราบ f = 10/5 ลูกคลื่นต่อวินาที = 2 Hz λ = 30 cm = 30 x 10-2 m λ = 0.3 m อัตราเร็วของคลื่น หาได้จาก V = fλ จะได้ V = 2 x 0.3 V = 0.6 m/s ดังนั้น คลื่นขบวนนี้มีอัตราเร็ว 0.6 เมตรต่อวินาที

คุณสมบัติของคลื่น (Wave Properties) คลื่นทุกชนิดแสดงสมบัติ 4 อย่าง คือ 1. การสะท้อน (Reflection) 2. การหักเห (Refraction) 3. การแทรกสอด (Interference) 4. การเลี้ยวเบน (Diffraction)

1. การสะท้อน (Reflection) เกิดจากคลื่นเคลื่อนที่ไปกระทบสิ่งกีดขวาง แล้วเปลี่ยนทิศทางกลับสู่ ตัวกลางเดิม เช่น การสะท้อนของคลื่นในเส้นเชือกปลายตรึง

การสะท้อนของคลื่นในเส้นเชือก ปลายอิสระ

การสะท้อน (Reflection) แนวปกติ หน้าคลื่นตกกระทบ หน้าคลื่นสะท้อน θa θb θa θb แนวสิ่งกีดขวาง θa = θb

2. การหักเห (Refraction) เกิดจากคลื่นเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางที่ต่างกัน แล้วทำให้อัตราเร็วเปลี่ยนไป

การหักเห (Refraction) บริเวณน้ำลึก ทิศการเคลื่อนที่ของคลื่นตั้งฉากกับรอยต่อ การหักเหของคลื่นจะเกิดเมื่อคลื่นเคลื่อนที่ผ่านรอยต่อระหว่างตัวกลางหนึ่งเข้าไปในอีกตัวกลางหนึ่ง ทำให้ความเร็วคลื่นหักเหเปลี่ยนไปด้วย แต่ทิศการเคลื่อนที่ของคลื่นจะไม่เปลี่ยน หน้าคลื่น คลื่นตกกระทบ เส้นรอยต่อระหว่างน้ำลึกกับน้ำตื้น บริเวณน้ำตื้น

การหักเหของคลื่น โดยทิศการเคลื่อนที่ของคลื่นตกกระทบไม่ตั้งฉากกับรอยต่อ บริเวณน้ำลึก Ѳ1 คือ มุมของคลื่นตกกระทบ λ1 แนวรอยต่อน้ำตื้นกับน้ำลึก Ѳ2 คือ มุมที่คลื่นเกิดการหักเห Ѳ1 λ1 คือ ความยาวคลื่นในน้ำลึก Ѳ2 Ѳ1 λ2 คือ ความยาวคลื่นในน้ำตื้น Ѳ2 มุมตกกระทบและมุมหักเห คือ มุมที่ทิศคลื่นตกกระทบและทิศคลื่นหักเหทำกับเส้นปกติ หรือ มุมที่หน้าคลื่นตกกระทบและหน้าคลื่นหักเหทำกับผิวรอยต่อของตัวกลาง λ2 บริเวณน้ำตื้น

หาดัชนีการหักเหได้จากกฎของสเนลล์ แม้ว่าคลื่นจะวิ่งผ่านไปสู่ตัวกลางใหม่แล้ว แต่ความถี่ของคลื่นยังคงเดิม นั่นคือ และ กฎของสเนลล์ กล่าวว่า “ค่าอัตราส่วนของ sine ของมุมตกกระทบต่อ sine ของมุมหักเหมีค่าเท่ากับดัชนีหักเหของวัตถุ” หาดัชนีการหักเหได้จากกฎของสเนลล์

วิธีทำ จากโจทย์ทราบความถี่ = 8 Hz ตัวอย่างที่ 1 คลื่นผิวน้ำความถี่ 8 Hz อัตราเร็วของคลื่นเป็น 4 m/s เมื่อเคลื่อนที่เข้าไปในบริเวณตื้นกว่าเดิม โดยหน้าคลื่นตกกระทบทำมุม θ1 กับรอยต่อระหว่างตัวกลาง พบว่าหน้าคลื่นหักเหทำมุม θ2 กับรอยต่อระหว่างตัวกลางและระยะห่างของหน้าคลื่นหักเหที่ถัดกัน 5 แนวห่างกัน 1.6 m จงหาอัตราส่วน sin θ1 ต่อ sin θ2 วิธีทำ จากโจทย์ทราบความถี่ = 8 Hz ความเร็วในน้ำลึก = 4 m/s มุมตกกระทบ = θ1 มุมหักเห = θ2 ระยะห่างของหน้าคลื่นหักเหที่ถัดกัน 5 แนว = 1.6 m แสดงว่า 4λ = 1.6 m λ = 0.4 m และคลื่นเคลื่อนที่จากน้ำลึกไปน้ำตื้น

แสดงหน้าคลื่นตรง 4 5 1 2 3 λ λ λ λ

ตัวอย่างที่ 2 คลื่นผิวน้ำเคลื่อนที่ผ่านบริเวณที่มีความลึกต่างกัน เกิดปรากฎการณ์ดังรูป ในบริเวณ (ก) หน้าคลื่นอยู่ห่างกัน 4 เซนติเมตร ในบริเวณ (ข) คลื่นมีความเร็ว 6√2 เซนติเมตรต่อวินาที ถ้าต้นกำเนิดมาจากบริเวณ (ก) ความถี่ของต้นกำเนิดคลื่นมีค่าเท่าใด

จาก ก ข จากรูป โจทย์ทราบ λ1 = 4 cm f = 2.4 Hz # V2 = 6√2 cm/s θ1 = 53⁰ 45⁰ ข จากรูป โจทย์ทราบ λ1 = 4 cm V2 = 6√2 cm/s θ1 = 53⁰ θ2 = 45⁰ f = 2.4 Hz #

1.การหักเหแบบเบนเข้าหาเส้นปกติ 2.การหักเหแบบเบนออกจากเส้นปกติ ทิศคลื่นตกกระทบ ทิศคลื่นตกกระทบ เส้นปกติ Ѳ1 Ѳ1 (น้ำตื้น) (น้ำลึก) รอยต่อตัวกลาง (น้ำตื้น) (น้ำลึก) Ѳ2 Ѳ2 ทิศคลื่นหักเห ทิศคลื่นหักเห

โจทย์ตัวอย่าง การหักเห ตัวอย่างที่ 1 คลื่นน้ำแบบต่อเนื่องที่มีหน้าคลื่นตรงเคลื่อนที่ผ่านรอยต่อระหว่างบริเวณน้ำลึกและน้ำตื้นแล้วทำให้เกิดคลื่นหักเหหน้าคลื่นตรง ถ้าแนวทางเดินของคลื่นตกกระทบทำมุมกับรอยต่อระหว่างตัวกลางเท่ากับ 30 องศา จงหามุมหักเห ถ้าความยาคลื่นในน้ำตื้นลดลงเป็น ของความยาวคลื่นในน้ำลึก วิธีทำ เส้นปกติ ทิศคลื่นตกกระทบ (น้ำลึก) Ѳ1 30๐ (น้ำตื้น) Ѳ2 ทิศคลื่นหักเห

มุมวิกฤต (Critical angle) เมื่อคลื่นน้ำเคลื่อนที่จากตัวกลางน้ำตื้นเข้าสู่ตัวกลางน้ำลึก จะทำให้ทิศ คลื่นเบนออกจากเส้นปกติ ถ้ามุมหักเหของคลื่นหักเหเท่ากับ 90 องศา มุมตกกระทบของคลื่นตกกระทบนี้เรียกว่า มุมวิกฤต และถ้าคลื่นตก กระทบทำมุมโตกว่ามุมวิกฤต จะเกิดคลื่นสะท้อนขึ้น เรียกว่า การ สะท้อนกลับหมด เส้นปกติ ทิศคลื่นตกกระทบ (น้ำตื้น) ѲC รอยต่อ ทิศคลื่นหักเห (น้ำลึก)

โจทย์ ตัวอย่าง การหามุมวิกฤต ตัวอย่างที่ 2 ในการปฏิบัติการทดลองโดยใช้ถาดคลื่น พบว่า ความเร็วของคลื่นในน้ำลึกเป็น 2 เท่าของความเร็วในน้ำตื้น ถ้าจะทำให้เกิดการสะท้อนกลับหมด ค่า sine ของมุมวิกฤตเป็นเท่าใด วิธีทำ จากกฎการหักเห

3. การแทรกสอด (Interference) เกิดจากคลื่นสองขบวนที่เหมือนกันทุกประการเคลื่อนที่มา พบกัน แล้วเกิดการซ้อนทับกัน ถ้าเป็นคลื่นแสงจะเห็นแถบ มืดและแถบสว่างสลับกัน ส่วนคลื่นเสียงจะได้ยินเสียงดัง เสียงค่อยสลับกัน

การแทรกสอด (Interference) การแทรกสอดของคลื่น คือ การรวมกันของคลื่นต่อเนื่อง(คลื่นอาพันธ์)สองแหล่งมาพบกันในตัวกลางเดียวกัน แหล่งกำเนิดคลื่นอาพันธ์(Coherent Source)คือ แหล่งกำเนิดคลื่นที่มีแอมพลิจูด, ความถี่, และความเร็วเท่ากัน ซึ่งมีเฟสตรงกันหรือต่างกันอย่างคงตัว การแทรกสอดมีได้ 2 แบบ คือ 1.การแทรกสอดแบบเสริมกัน (construstive interference) 2.การแทรกสอดแบบหักล้างกัน (Destructive interference)

การแทรกสอดแบบเสริมกัน การแทรกสอดแบบเสริมกันนั้นเกิดขึ้นเมื่อสันคลื่นกับสันคลื่นเคลื่อนที่มาตรงกัน และท้องคลื่นกับท้องคลื่นเคลื่อนที่มาตรงกัน คลื่นลัพธ์ที่เกิดขึ้น จะมีสันคลื่นสูงกว่าเดิม และมีท้องคลื่นลึกกว่าเดิม เราเรียกกรณีแบบนี้ว่า เกิดการแทรกสอดแบบเสริมกัน ดังนั้น อาจกล่าวได้ว่า ตำแหน่งที่น้ำกระเพื่อมมากที่สุดหรือมีการกระจัดมากที่สุด เราเรียกตำแหน่งที่มีการกระเพื่อมมากสุดว่า ปฏิบัพ

การรวมกันของคลื่นแบบเสริม (Constructive Interference) คลื่นรวม A สันคลื่น + สันคลื่น ท้องคลื่น + ท้องคลื่น A

คลื่นจะแทรกสอดแบบเสริมกัน นั่นคือ สันคลื่นจะซ้อนทับกับสันคลื่น และท้องคลื่นจะซ้อนทับกับท้องคลื่นพอดี ดังนั้น ผลต่างระหว่างระยะทางจากแหล่งกำเนิดคลื่นทั้งสองไปยังจุดใดๆ บนเส้นปฏิบัพจะเท่ากับจำนวนเต็มของความยาวคลื่นเสมอ เมื่อ n = 0, 1, 2,….

การแทรกสอดแบบหักล้างกัน การแทรกสอดแบบหักล้างกันนั้นเกิดขึ้นเมื่อสันคลื่นกับท้องคลื่นเคลื่อนที่มาตรงกัน และท้องคลื่นกับสันคลื่นเคลื่อนที่มาตรงกัน คลื่นลัพธ์ที่เกิดขึ้น จะมีสันคลื่นต่ำกว่าเดิม และมีท้องคลื่นตื้นกว่าเดิม เราเรียกกรณีแบบนี้ว่า การแทรกสอดแบบหักล้างกัน ดังนั้น อาจกล่าวได้ว่า ตำแหน่งที่น้ำไม่เกิดการกระเพื่อมหรือมีการกระจัดของผิวน้ำเป็นศูนย์ เราเรียกว่าตำแหน่ง บัพ

การรวมกันของคลื่นแบบหักล้าง (Destructive Interference) คลื่นรวม สันคลื่น + ท้องคลื่น A A ท้องคลื่น + สันคลื่น คลื่นลัพธ์

คลื่นแทรกสอดแบบหักล้าง นั่นคือ สันคลื่นจะซ้อนทับกับท้องคลื่นพอดี ดังนั้น ผลต่างระหว่างระยะทางจากแหล่งกำเนิดคลื่นทั้งสองไปยังจุดใดๆ บนแนวเส้นบัพจะเท่ากับจำนวนเต็มคลื่นบวกกับครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นเสมอ เมื่อ n = 1, 2,….

4. การเลี้ยวเบน (Diffraction) เกิดจากคลื่นเคลื่อนที่ไปพบสิ่งกีดขวาง ทำให้คลื่นส่วนหนึ่ง อ้อมบริเวณของสิ่งกีดขวางแผ่ไปทางด้านหลังของสิ่งกีด ขวางนั้น

การเลี้ยวเบน (Diffraction) เมื่อคลื่นน้ำหน้าตรงพบกับสิ่งกีดขวาง จะมีคลื่นบางส่วนสะท้อนกลับไป คลื่นบางส่วนที่ไม่พบสิ่งกีดขวางก็จะเคลื่อนที่ผ่านช่องนั้นออกมา และพบว่ามีคลื่นบางส่วนเคลื่อนที่เลี้ยวเบนมาทางด้านหลังของสิ่งกีดขวางนั้นได้ เราเรียกปรากฏการณ์นี้ว่า การเลี้ยวเบนของคลื่น สิ่งกีดขวาง คลื่นที่เลี้ยวเบน

การเคลื่อนที่ของคลื่นผ่านสิ่งกีดขวาง การเลี้ยวเบนของคลื่นน้ำผ่านช่องแคบเดี่ยว สิ่งกีดขวาง สิ่งกีดขวาง

การเลี้ยวเบนของคลื่นน้ำผ่านช่องแคบคู่ สิ่งกีดขวาง สิ่งกีดขวาง สิ่งกีดขวาง

หลักการของฮอยเกนส์ ทุกๆ จุด บนหน้าคลื่น สามารถถือได้ว่า เป็นแหล่งกำเนิดของคลื่นใหม่ซึ่งทำให้กำเกิดคลื่นวงกลมที่มีเฟสเดียวกัน เคลื่อนที่ไปในทิศเดียวกับการเคลื่อนที่ของคลื่นเดิม

แนวปฏิบัพ d sin Ѳ = (n+1/2)λ การเลี้ยวเบนของคลื่นผ่านช่องแคบซึ่งกว้างกว่าความยาวคลื่น จะเกิดการแทรกสอดขึ้น โดยที่แนวกลางไม่ปรากฏการแทรกสอด แต่ถัดไปจากแนวกลางออกไปทั้งสองข้างจะมีแนวบัพและปฏิบัพเกิดขึ้น หาความสัมพันธ์ได้ว่า แนวบัพ d sin Ѳ = nλ แนวปฏิบัพ d sin Ѳ = (n+1/2)λ n = 1, 2, 3,…. d คือ ความกว้างของช่องแคบ Ѳ คือ มุมที่เบนไปจากแนวกลาง

ตัวอย่าง แหล่งกำเนิดคลื่นน้ำสร้างคลื่นน้ำ ณ ตำแหน่งที่ 2 และ a , b มีความยาวคลื่น 1.5 เซนติเมตร และได้แนวของปฏิบัพดังแสดงในรูป อยากทราบว่า ac และ bc มีความยาวต่างกันเท่าใด A0 A2 A1 A1 A2 c a b

ตอบ ac และ bc มีความยาวต่างกันเท่ากับ 3 เซนติเมตร วิธีทำ จากสูตร การหาปฏิบัพ n = 1, 2, 3,…. แทนค่า จะได้ว่า ac – bc = 2 (1.5) = 3 cm ตอบ ac และ bc มีความยาวต่างกันเท่ากับ 3 เซนติเมตร

ช่องแคบ 2 ช่องอยู่ห่างกัน 4 เซนติเมตร ในถาดคลื่น ถ้าทำให้เกิดคลื่นน้ำผ่านช่องแคบทั้งสองแล้วทำให้เกิดการแทรกสอดกันเกิดขึ้น ถ้าจุด P ซึ่งอยู่ห่างจากช่องแคบทั้งสองเป็นระยะ 16 เซนติเมตร และ 12 เซนติเมตร ตามลำดับ จงหา ความยาวคลื่นน้ำ แนวปฏิบัพทั้งหมด ตัวอย่าง แนวคิด 1. ใช้สูตรคำนวณแนวปฏิบัพ โดย n = 2 2. หาแนวปฏิบัพทั้งหมดโดยให้ มุม θ = 90 องศา แต่แนวสุดท้าย 2 แนว จะไม่ปรากฏให้เห็น ถ้า d = (n-1/2)λ วิธีทำ 16 – 12 = 2 x λ

4 sin 90 = n x 2 n = 2 λ = 2 cm จาก d sin Ѳ = nλ

การบ้าน ถ้า S1 และ S2 เป็นแหล่งกำเนิดคลื่นในถาดคลื่นซึ่งมี ความถี่เท่ากันและมีเฟสตรงกัน ห่างกัน 4 เซนติเมตร และถ้าความยาวคลื่น เท่ากับ 4 เซนติเมตร จะเกิดจุดบัพกี่ เส้นบนเส้น S1 S2

ตัวอย่าง จากรูปเป็นภาพการแทรกสอดของคลื่นผิวน้ำที่เกิดขึ้นจากแหล่งกำเนิดอาพันธ์ S1 และ S2 โดยมี P เป็นจุดใดๆ บนเส้นแนวบัพ S1 P = 15 เมตร S2 P = 5 เมตร ถ้าอัตราเร็วของคลื่นทั้งสองเท่ากับ 50 เมตรต่อวินาที แหล่งกำเนิดคลื่นทั้งสองมีความถี่เท่าใด ปฏิบัพ บัพ P S1 S2 วิธีทำ พบว่า P เป็นจุดที่อยู่บนแนวบัพที่ 2 จากสูตร การหาบัพ