คลื่นหรรษา ตอนที่ 1 คลื่นหรรษา ตอนที่ 1 โดย อ.ดิลก อุทะนุต

คลื่นหรรษา

คลื่นหรรษา ตอนที่ 1 คลื่นหรรษา ตอนที่ 1 อ.ดิลก อุทะนุต

การเคลื่อนที่แบบคาบ การเคลื่อนที่แบบคาบ ( Periodic Motion ) การเคลื่อนที่แบบคาบเป็นการเคลื่อนที่ซ้ำเหมือนเดิมในช่วงเวลาสม่ำเสมอ ตัวอย่างเช่น วัตถุที่เคลื่อนที่เป็นวงกลม (การเคลื่อนที่แบบวงกลม) การแกว่งของแพนดูลัม การเคลื่อนที่แบบคลื่น

การเคลื่อนที่แบบสั่น Cycle : การเคลื่อนที่ 1 รอบ เป็นการเคลื่อนที่ระหว่างจุดและเคลื่อนกลับมาซ้ำ ที่จุดเดิมอีก เช่น การหมุนของวัตถุ 1 รอบ Period (T) คาบ : เป็นเวลาที่ใช้ในการเคลื่อนที่ 1 รอบ เช่น คาบการหมุนของโลกรอบแกนตัวเองมีค่าเท่ากับ 24 ชั่วโมง Frequency (f) ความถี่ : เป็นจำนวนรอบของการเคลื่อนที่ในเวลา 1 วินาที หน่วย เอสไอ ของความถี่คือ เฮิรตซ์ (Hz) ซึ่งเท่ากับ หนึ่งรอบต่อวินาที

- การเคลื่อนที่แบบสั่น การเคลื่อนที่แบบสั่น ( Vibrational motion ) การเคลื่อนที่แบบสั่น หมายถึง การเคลื่อนที่กลับไปกลับมาซ้ำทางเดิมโดยผ่านตำแหน่งสมดุล และความเร่งมีขนาดแปรผันตรงกับ ขนาดการกระจัด แต่มีทิศตรงข้าม

การเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่าย ( Simple harmonic motion ) การเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิก หมายถึง การเคลื่อนที่กลับไปกลับมาซ้ำทางเดิม โดยผ่านตำแหน่งสมดุล และความเร่ง มีขนาดแปรผันตรงกับขนาดการกระจัด แต่มีทิศตรงกันข้าม และแอมพลิจูดของ การสั่นมีค่าคงตัว

คำถาม

- คำถาม จากตัวอย่างต่อไปนี้ ข้อใดบ้างไม่ใช่การเคลื่อนที่แบบ ซิมเปิลฮาร์มอนิก การเคลื่อนที่ในวงกลม การเคลื่อนที่ของคลื่น การสั่นของสปริง การแกว่งของ ลูกตุ้มนาฬิกา เมื่อคิดมุมน้อย ๆ การสั่นของอนุภาคตัวกลางเมื่อคลื่นเคลื่อนที่ผ่าน การสั่นของเงาวัตถุ เมื่อวัตถุเคลื่อนเป็นวงกลม

ภาพประกอบ

คลื่นคืออะไร และเกิดขึ้นได้อย่างไร เป็นปรากฏการณ์ที่แสดงการถ่ายทอดพลังงาน จากจุดหนึ่งไปสู่อีกจุดหนึ่ง การเกิดคลื่น ต้องมีองค์ประกอบเงื่อนไขดังนี้ คือ มีแหล่งกำเนิดคลื่น มีการสั่นสะเทือนของแหล่งกำเนิด มีตัวกลางให้พลังงานคลื่นเคลื่อนที่ผ่าน เมื่อคลื่นเคลื่อนที่ไป คลื่นจะพาพลังงานไปด้วย

ภาพประกอบ

การเคลื่อนที่ของคลื่น เหมือนและแตกต่าง จากการเคลื่อนที่ของอนุภาคอย่างไร ขณะคลื่นเคลื่อนที่ ทั้งคลื่นและอนุภาคต่างพาพลังงานไปด้วย การเคลื่อนที่ของคลื่นและอนุภาคมีสิ่งที่แตกต่างกัน คือ คลื่นแผ่กระจายทุกทิศทาง (เช่น คลื่นน้ำ คลื่นเสียง) แต่อนุภาคเคลื่อนที่ในทิศทางเดียว

การจำแนกประเภทคลื่น การจำแนกประเภทคลื่น การจำแนกประเภทต่าง ๆ ของคลื่น มีการจำแนกตามลักษณะต่าง ๆ ดังนี้ จำแนกตามลักษณะรูปร่างของคลื่น จำแนกตามลักษณะของจำนวนคลื่นและความต่อเนื่องของคลื่น จำแนกตามลักษณะของตัวกลาง จำแนกตามลักษณะของการสั่นของอนุภาคตัวกลางหรือสนามแม่เหล็กไฟฟ้า จำแนกตามชนิดของตัวกลางที่คลื่นเคลื่อนที่ไป

จำแนกตามลักษณะรูปร่างของคลื่น คลื่นไซน์ (sin wave) มีลักษณะการเปลี่ยนแปลงการ กระจัดในรูปของไซน์ทางตรีโกณมิติ y 180 540  (degree) 90 360 720

- จำแนกตามลักษณะรูปร่างของคลื่น คลื่นโคไซน์ (cosin wave) มีลักษณะการเปลี่ยนแปลงการกระจัด ในรูปของโคไซน์ทางตรีโกณมิติ y  (degree)

- จำแนกตามลักษณะรูปร่างของคลื่น คลื่นฮาร์มอนิก (Harmonic wave) เป็นคลื่นลักษณะต่าง ๆ กัน เป็นผลมาจากการรวมตัวของคลื่นรูปอื่น ๆ ตามแบบคลื่น y  (degree)

จำแนกลักษณะของจำนวนคลื่น และความต่อเนื่องของคลื่น คลื่นดล (Plus wave) หมายถึง คลื่นที่เกิดจากการสั่นของแหล่งกำเนิดเสียงเพียง 1 หรือ 2 ครั้ง ทำให้เกิดคลื่นชุดสั้น ๆ แผ่กระจายออกไป

- จำแนกลักษณะของจำนวนคลื่น และความต่อเนื่องของคลื่น คลื่นต่อเนื่อง (Continuous wave) หมายถึง คลื่นที่เกิดจาก การรบกวนหรือการสั่นของแหล่งกำเนิดอย่างต่อเนื่อง ทำให้เกิดคลื่นมากกว่า 2 ลูก แผ่กระจายติดต่อกันไปอย่างต่อเนื่อง

จำแนกลักษณะของตัวกลาง คลื่นกล (Mechanical wave) หมายถึง คลื่นที่แผ่กระจายออกไป โดยอาศัยตัวกลาง เช่น คลื่นในเส้นเชือก คลื่นเสียง คลื่นน้ำ เป็นต้น คลื่นประเภทนี้ถ่ายทอดโมเมนตัมและพลังงานโดยอาศัยคุณสมบัติ ความยืดหยุ่นของวัตถุในตัวกลาง

- จำแนกลักษณะของตัวกลาง คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic wave) เป็นคลื่นที่เกิดจากการกระจายของพลังงานแม่เหล็กและไฟฟ้า ออกจาก แหล่งกำเนิดคลื่น ในปัจจุบันเชื่อว่าเป็นคลื่นที่ไม่ต้องการตัวกลาง ใน การเคลื่อนที่แผ่กระจายออกไป เช่น คลื่นแสง คลื่นวิทยุ รังสีเอกซ์ เป็นต้น

จำแนกลักษณะของการสั่นของ อนุภาคตัวกลางหรือสนามแม่เหล็กไฟฟ้า คลื่นตามขวาง (Transverse wave) หมายถึง คลื่นที่ทิศทางการ เคลื่อนที่อยู่ในแนวตั้งฉากกับแนวการสั่นของอนุภาคตัวกลางหรือสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า เช่น คลื่นในเส้นเชือกตามรูป ขณะที่เคลื่อนที่ไปทางขวามือ อนุภาคของเส้นเชือกเคลื่อนที่ขึ้นลงตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่น คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่นตั้งฉากกับแนวการเปลี่ยนค่าสนามแม่เหล็กไฟฟ้า

- จำแนกลักษณะของการสั่นของ อนุภาคตัวกลางหรือสนามแม่เหล็กไฟฟ้า คลื่นตามยาว (Longitudinal wave)หมายถึง คลื่นที่มีทิศทางการ เคลื่อนที่อยู่ในแนวเดียวกันกับแนวการสั่นของอนุภาคตัวกลาง เช่น คลื่นที่เกิดจากการดันสปริงขนาดโต

จำแนกตามชนิดของตัวกลาง ที่คลื่นเคลื่อนที่ไป คลื่นเชือก หมายถึง คลื่นที่เกิดจากการแกว่งเชือกทำให้เกิดคลื่น เคลื่อนที่ไปในเส้นเชือก

- จำแนกตามชนิดของตัวกลาง ที่คลื่นเคลื่อนที่ไป คลื่นน้ำ หมายถึง คลื่นที่เกิดจากการทำให้น้ำเกิดการกระเพื่อมทำให้ เกิดคลื่นแผ่กระจายไปบนผิวน้ำ เป็นต้น

อัตราเร็วของคลื่นบนเส้นเชือก

- อัตราเร็วของคลื่นบนเส้นเชือก การเกิดคลื่นบนเส้นเชือก พบว่าคลื่นที่เร็วหรือช้า ขึ้นอยู่กับความตึงของเส้นเชือกและมวลของเชือก T คือความตึงของเส้นเชือก (นิวตัน)  คือมวลต่อหนึ่งหน่วยความยาว (กิโลกรัม/เมตร) v คืออัตราเร็วของคลื่นในเส้นเชือก (เมตร/วินาที) V =

- อัตราเร็วของคลื่นบนเส้นเชือก

เฟส (phase) เฟส (phase) เฟสเป็นคำที่ใช้เรียกตำแหน่งใด ๆ บนคลื่น โดยมีลักษณะเป็นรอบและมีความสัมพันธ์กับการกระจัดของการเคลื่อนที่  การกระจัด 90 180 270 360 540 720 วงกลมครบรอบ ครบ 1 รอบ (0) (180) (360) ครบ 2 รอบ แนวสมดุล (เฟส)  = มุมหรือเฟส (เปรียบเทียบกับการเคลื่อนที่แบบวงกลม) (  เรเดียน = 180 … 2 เรเดียน = 360 ) *

- เฟส (phase) เฟส (phase) VA . A VB . B . C VC

ระยะทางที่คลื่นเคลื่อนที่ อัตราเร็วของคลื่น อัตราเร็วของคลื่น คือ ระยะทางที่คลื่นเคลื่อนที่ได้ใน 1 วินาที ขึ้นอยู่กับตัวกลางที่คลื่นเดินทางผ่าน ความเร็วคลื่น ความถี่ x ความยาวคลื่น V = f ระยะทางที่คลื่นเคลื่อนที่ เวลา =

อัตราเร็วคลื่นกับความลึกของน้ำ ในกรณีน้ำตื้นมากเมื่อเทียบกับความยาวคลื่น ( > > d) ความเร็ว คลื่นน้ำจะขึ้นกับความลึกเพียงอย่างเดียว และเราพบว่า เมื่อ g เป็นความเร่งจาก ความโน้มถ่วง และ d เป็นความลึก  V

ระยะทางที่คลื่นเคลื่อนที่ อัตราเร็วของคลื่น อัตราเร็วของคลื่น คือ ระยะทางที่คลื่นเคลื่อนที่ได้ใน 1 วินาที ขึ้นอยู่กับตัวกลางที่คลื่นเดินทางผ่าน ความเร็วคลื่น ความถี่ x ความยาวคลื่น V = f ระยะทางที่คลื่นเคลื่อนที่ เวลา = คลื่นน้ำลึกมีความเร็วมากกว่า คลื่นน้ำตื้นจึงไล่ทันและเกิดเป็น เกลียวคลื่น

การส่งพลังงานของคลื่น 1) ไม่ขึ้นอยู่กับตัวกลาง 2) 3) เป็นแบบคลื่น 4) กับ เป็นแบบ S.H.M. ซึ่งมีค่าเท่ากับ

- การส่งพลังงานของคลื่น A C B A = เป็นแหล่งกำเนิด B = เป็นตัวกลาง C = เป็นอนุภาคตัวกลาง

- การส่งพลังงานของคลื่น 1) ไม่ขึ้นอยู่กับตัวกลาง 2) 3) เป็นแบบคลื่น 4) กับ เป็นแบบ S.H.M. ซึ่งมีค่าเท่ากับ

ตัวอย่าง ตัวอย่าง

- ตัวอย่าง ตัวอย่าง คลื่นกำลังเคลื่อนที่ไปบนผิวน้ำในถาดคลื่นซึ่งมีระดับน้ำไม่สม่ำเสมอ ความยาวคลื่น  เปลี่ยนจากบริเวณหนึ่งไปสู่อีกบริเวณหนึ่งดังรูป จงหาว่ารูปใดแสดงการเปลี่ยนแปลงความลึกของน้ำในถาดคลื่นได้ถูกต้อง

- ตัวอย่าง ตัวอย่าง ภาพแสดงคลื่นกำลังเคลื่อนที่เข้าสู่น้ำตื้น คลื่นมีความยาวคลื่นลดลง เพราะเหตุใด ความถี่เพิ่มขึ้นเท่านั้น ความเร็วเพิ่มขึ้นเท่านั้น ทั้งความถี่และความเร็วคลื่นเพิ่มขึ้น ความเร็วลดลงเท่านั้น

- ตัวอย่าง ตัวอย่าง ในการสังเกตของนักเรียนกลุ่มหนึ่งพบว่าเมื่อให้เกิดคลื่นรัศมีของคลื่นดลวงกลมที่เวลาต่าง ๆ เป็นไปตามกราฟข้างล่าง ถามว่าถ้านักเรียนกลุ่มนี้ทำให้เกิดคลื่นต่อเนื่องขึ้นในถาดคลื่นนี้ ด้วยความถี่ 10 Hz ยอดคลื่นที่อยู่ใกล้กันมากที่สุด จะอยู่ห่างกันกี่เซนติเมตร 1. 0.5 2. 2.0 3. 5.0 4. 50.0

- ตัวอย่าง ตัวอย่าง จากรูปเมื่อกระตุกเชือกขึ้นลงด้วยความถี่ 10 ครั้งต่อวินาที ทำให้เกิดคลื่นในเส้นเชือกเคลื่อนที่ออกไปถ้าเชือกมีมวล 0.2 กิโลกรัมต่อเมตร อยากทราบว่าขณะนั้นเราออกแรงดึงเชือกกี่นิวตัน

การเปลี่ยนรูปร่างของคลื่น

- การเปลี่ยนรูปร่างของคลื่น

ตัวอย่างการเปลี่ยนรูปร่างของคลื่น ตัวอย่าง การเปลี่ยนรูปร่างคลื่น

Help