ครูนฤมล ธรรมรักษ์เจริญ คลื่นกล Machenical Wave ครูนฤมล ธรรมรักษ์เจริญ

คลื่นกล การเกิดคลื่นและการถ่ายโอนพลังงานของคลื่น ชนิดของคลื่น การเคลื่อนที่แบบซิมเปิลฮาร์มอนนิกอย่างง่ายและคลื่น อัตราเร็วของคลื่น คลื่นผิวน้ำ คลื่นในเส้นเชือก คลื่นในสปริง พลังงานและกำลังของคลื่น สมบัติของคลื่น

ผลการเรียนรู้ สำรวจตรวจสอบและอธิบายเกี่ยวกับการถ่ายโอนพลังงานของคลื่นกล อธิบายการสั่นการเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิก อย่างง่ายและคลื่น รวมทั้งคำนวณหาปริมาณต่างๆ ที่เกี่ยวข้องได้รวมทั้งบอกชนิดของคลื่นได้ สำรวจตรวจสอบและอธิบายคลื่นผิวน้ำ ศึกษาเฟสของคลื่น อธิบายความแตกต่างระหว่างคลื่นดลและคลื่นต่อเนื่อง อธิบายการซ้อนทับของคลื่น และผลที่เกิดขึ้นเมื่อคลื่นเกิดการซ้อนทับ รวมทั้งคำนวณหาปริมาณต่างๆ ที่เกี่ยวข้องได้ สำรวจตรวจสอบและทำการทดลอง สรุปผลการทดลองและอธิบายเกี่ยวกับสมบัติของคลื่นได้ สำรวจตรวจสอบและอธิบายเกี่ยวกับคลื่นนิ่งและการสั่นพ้องของคลื่นได้

คลื่นกล Machenical Wave การเกิดคลื่นและการถ่ายโอนพลังงานของคลื่น โดย ครู นฤมล ธรรมรักษ์เจริญ โรงเรียนพระปฐมวิทยาลัย จังหวัดนครปฐม

คลื่นเกิดได้อย่างไร ? ให้นักเรียนสังเกตการเกิดคลื่นในถาดคลื่น

องค์ประกอบในการเกิดคลื่น คลื่นเกิดจากการรบกวน (disturbance) สภาวะสมดุลของตัวกลางหรือของวัตถุทำให้อนุภาคตัวกลางเกิดการสั่นรอบแนวสมดุล เรียกว่า แหล่งกำเนิดคลื่น และถ่ายทอดพลังงานจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งในเวลาต่อมา ซึ่งเรียกว่า การเคลื่อนที่ของคลื่น องค์ประกอบในการเกิดคลื่น => แหล่งกำเนิดคลื่น => ตัวกลางที่ถูกรบกวน => กลไกที่ส่วนต่างๆ ของตัวกลางกระทำต่อกัน

อนุภาคตัวกลางเคลื่อนที่อย่างไร ? ให้นักเรียนสร้างคลื่นในถาดคลื่น แล้วสังเกตการเคลื่อนที่ของคลื่นผิวน้ำ

การถ่ายโอนพลังงานของคลื่นกล ครูอธิบายการถ่ายโอนพลังงานของคลื่นโดยอาศัยสมการการเคลื่อนที่ SHM

การถ่ายโอนพลังงานของคลื่นกล

ตัวอย่างคลื่น คลื่นในเส้นเชือก อุปกรณ์ ถาดคลื่น เชือก สปริงคลื่น และ ส้อมเสียง

คลื่นเสียง

คลื่นผิวน้ำ คลื่นสึนามิ

1. TRUE or FALSE: In order for John to hear Jill, air molecules must move from the lips of Jill to the ears of John.

ส่วนประกอบของคลื่น (Anatomy of a Wave) สันคลื่นcrest ความยาวคลื่นwave length การกระจัดdisplacement ท้องคลื่นtrough แอมปลิจูดAmplitude

สันคลื่น ท้องคลื่น สันคลื่น (crest) คือ ตำแหน่งที่อยู่สูงที่สุดบนคลื่น ท้องคลื่น (trough) คือ ตำแหน่งที่อยู่ต่ำที่สุดบนคลื่น

การกระจัด (displacement, s) คือ ระยะทางที่ อนุภาคตัวกลาง สั่นห่างจากแนวสมดุลขณะคลื่น เคลื่อนที่ผ่านมีหน่วยเป็นเมตร แอมปลิจูด (Amplitude, A) คือ การกระจัดที่มีค่า มากที่สุดมีหน่วยเป็นเมตร

ความยาวคลื่น (wave length, l) คือ ระยะตามแนวสมดุลของคลื่น 1 ลูกคลื่น หรือระยะห่างระหว่างจุดสองจุดที่มีเฟสตรงกัน มีหน่วยเป็น เมตร (m)

คาบ (Period, T) คือ ช่วงเวลาที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่านจุดๆ หนึ่งครบ 1 รอบ หรือเคลื่อนที่ได้ลูกคลื่น หรือเคลื่อนที่ได้ระยะทางหนึ่งความยาวคลื่น มีหน่วยเป็นวินาทีต่อรอบ หรือวินาที ความถี่ (Frequency, f) คือ จำนวนลูกคลื่นที่เคลื่อนที่ผ่านจุดๆ หนึ่งในหนึ่งหน่วยเวลา มีหน่วยเป็นรอบต่อวินาที หรือ เฮริต์ซ (Hz) f = 1/T

1. แอมปลิจูด 2. การกระจัดที่จุด A, B, G, M 3. ความยาวคลื่น 4. ความถี่ จากกราฟที่กำหนด ถ้าคลื่นใช้เวลาในการเคลื่อนที่จากแหล่งกำเนิดถึงจุด L เท่ากับ 10 วินาที จงหา (m) M 1. แอมปลิจูด 2. การกระจัดที่จุด A, B, G, M 3. ความยาวคลื่น 4. ความถี่ 5. คาบ 6. ความเร็วคลื่น

เฟส (Phase) เฟสของคลื่น คือ การตั้งชื่อเพื่อใช้เรียกตำแหน่งต่างๆ บนคลื่น โดยมีความสัมพันธ์กับการกระจัดของการเคลื่อนที่ของคลื่น

เฟส (Phase) f g p / 2 3p / 2 p 2p 3p เฟสตรงกัน (Inphase) คือ จุดต่างๆ บนคลื่นที่มีความต่างเฟส (Df) = 2np หรือตำแหน่งที่มีการกระจัดเท่ากัน เฟสตรงข้ามกัน (Out of phase) คือจุดต่างๆ บนคลื่นที่มีความต่างเฟส (Df) = (2n-1)p หรือตำแหน่งที่มีขนาดของการกระจัดเท่ากันแต่มีทิศตรงกันข้าม

เฟสเหมือนกัน (Same phase) คือจุดต่างๆ บนคลื่น ที่มีความต่างเฟสเท่ากับศูนย์ (Df = 0)

ตัวอย่างที่ 1 คลื่นน้ำที่กำหนดให้ดังรูป ถ้า A มีเฟส 0 องศา แล้วจุด B จะมีเฟสเท่าไร วิธีทำ จากรูปจะได้ว่า  = 4 m จาก  = ให้ B = เฟสของจุด B; B = B = 252 องศา >> เฟสของจุด B คือ 252 องศา

หน้าคลื่น และรังสีคลื่น หน้าคลื่น และรังสีคลื่น สาธิต ถาดคลื่น

หน้าคลื่น และรังสีคลื่น หน้าคลื่นคือเส้นที่ลากผ่านตำแหน่งที่มีเฟสเหมือนกัน ซึ่งอยู่บนลูกคลื่นเดียวกัน หน้าคลื่นจะต้องตั้งฉากกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่นเสมอ รังสีคลื่น คือทิศการแผ่กระจายของคลื่น ซึ่งเป็นเส้นที่ลากจากแหล่งกำเนิดคลื่นตั้งฉากกับหน้าคลื่นมีทิศไปทางเดียวกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่น

อัตราเร็วคลื่น (Speed of wave) => ความเร็วเฟส คือความเร็วของหน้าคลื่นโดย พิจารณาความเร็วที่เฟสใดเฟสหนึ่งก็ได้ มีหน่วย เป็นเมตรต่อวินาที จากนิยาม : v = Ds/Dt เมื่อคลื่นเคลื่อนที่ผ่านจุดๆ หนึ่งได้หนึ่งรอบ จะได้ระยะทาง = l และใช้เวลา = T ดังนั้น : v = l / T แต่ : T = 1/f นั่นคือ v = f • l Speed = Wavelength • Frequency

=> ความเร็วของอนุภาคตัวกลาง => ความเร็วกลุ่ม คือความเร็วของจุดศูนย์กลาง กลุ่มคลื่นมักจะใช้กับคลื่นดลที่มีแอมปลิจูด ไม่คงที่ vg = Ds/Dt => ความเร็วของอนุภาคตัวกลาง เนื่องจากอนุภาคตัวกลางมีการสั่นหรือเคลื่อนที่ เช่นเดียวกับวัตถุที่เคลื่อนแบบ SHM ดังนั้น อัตราเร็วของอนุภาคตัวกลาง คือ v = wA cos (wt)

Medium Wavelength Frequency Speed Zinc, 1-in. dia. coils 1.75 m 2.0 Hz ______ 0.90 m 3.9 Hz Copper, 1.19 m 2.1 Hz 0.60 m 4.2 Hz 3-in. dia. coils 0.95 m 2.2 Hz 1.82 m 1.2 Hz 3.5 m/s 3.5 m/s 2.5 m/s 2.5 m/s 2.1 m/s 2.2 m/s

Check Your Understanding 1. The wavelength of the wave in the diagram above is given by letter ______. 2. The amplitude of the wave in the diagram above is given by letter _____.

3. Indicate the interval which represents one full wavelength. a. A to C b. B to D c. A to G d. C to G

4. As the frequency of a wave increases, the period of the wave ___________. a. decreases b. increases c. remains the same

5. A common physics lab involves the study of the oscillations of a pendulum. If a pendulum makes 33 complete back-and- forth cycles of vibration in 11 seconds, then its period is ______.

6. A wave is introduced into a thin wire held tight at each end 6. A wave is introduced into a thin wire held tight at each end. It has an amplitude of 3.8 cm, a frequency of 51.2 Hz and a distance from a crest to the neighboring trough of 12.8 cm. Determine the period of such a wave. 1/51.2 second 5/256 second 7. Frieda the fly flaps its wings back and forth 121 times each second. The period of the wing flapping is ____ sec. 1/121 second

8. A period of 5.0 seconds corresponds to a frequency of ________ Hertz. a. 0.2 b. 0.5 c. 0.02 d. 0.05 e. 0.002 9. Mac and Tosh stand 8 meters apart and demonstrate the motion of a transverse wave on a snakey. The wave e can be described as having a vertical distance of 32 cm from a trough to a crest, a frequency of 2.4 Hz, and a horizontal distance of 48cm from a crest to the nearest trough. Determine the amplitude, period, and wavelength of such a wave. amplitude = 16 cm, Period = 5/12 s, wavelength = 96 cm

10. A ruby-throated hummingbird beats its wings at a rate of about 70 wing beats per second. a. What is the frequency in Hertz of the sound wave? b. Assuming the sound wave moves with a velocity of 350 m/s, what is the wavelength of the wave? F = 70 Hz V = l f, l = 5 m

11. Ocean waves are observed to travel along the water surface during a developing storm. A coast weather station observes that there is a guard vertical distance from high point to low point of 4.6 meters and a horizontal distance of 8.6 meters between adjacent crests. The waves splash into the station once every 6.2 seconds. Determine the frequency and the speed of these waves.

12. Two boats are anchored 4 meters apart. They bob up and down, returning to the same up position every 3 seconds. When one is up the other is down. There are never any wave crests between the boats. Calculate the speed of the waves.

เหนื่อยนักพักนิดหนึ่ง..นะ Machenical Wave

ชนิดของคลื่น ให้นักเรียนแต่ละกลุ่มระดมสมองเพื่ออภิปรายการจัดจำแนกชนิดของคลื่น

การจำแนกชนิดของคลื่น คิดว่ามีการจำแนกอย่างไร ? จำแนกโดยพิจารณาการอาศัยตัวกลางในการ เคลื่อนที่

1. การอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ คลื่นกล mechanical wave A mechanical wave is a wave which is not capable of transmitting its energy through a vacuum. Mechanical waves require a medium in order to transport their energy from one location to another. คลื่นน้ำ เสียง คลื่นสปริง คลื่นในเส้นเชือก คลื่นสึนามิ คลื่นแผ่นดินไหว ฯ

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า electromagnetic wave An electromagnetic wave is a wave which is capable of transmitting its energy through a vacuum. Electromagnetic waves are produced by the vibration of charged particles. Electromagnetic waves which are produced on the sun subsequently travel to Earth through the vacuum of outer space. เช่น คลื่นวิทยุ คลื่นไมโครเวฟ แสง รังสีเอกซ์ รังสี UV ฯ

G X U V I M R

คลื่นกล–คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า แตกต่างกันอย่างไร คลื่นกล–คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า แตกต่างกันอย่างไร คลื่นกล จำเป็นต้องอาศัยตัวกลางในการ เคลื่อนที่และถ่ายโอนพลังงาน คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ไม่จำเป็นต้องอาศัย ตัวกลางในการเคลื่อนที่และถ่ายโอนพลังงาน

การจำแนกชนิดของคลื่น คิดว่ามีการจำแนกอย่างไร ? จำแนกโดยพิจารณาการอาศัยตัวกลางใน การเคลื่อนที่ 2. จำแนกโดยพิจารณาทิศการสั่นของอนุภาค ตัวกลางกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่น

2. ทิศการสั่นของอนุภาคตัวกลาง คลื่นตามขวาง (Transverse Waves) A transverse wave is a wave in which particles of the medium move in a direction perpendicular to the direction which the wave moves.

คลื่นตามยาว (Longitudinal Wave) A longitudinal wave is a wave in which particles of the medium move in a direction parallel to the direction which the wave moves

คลื่นตามยาวและคลื่นตามขวางแตกต่างกันอย่างไร

คลื่นน้ำ

การจำแนกชนิดของคลื่น คิดว่ามีการจำแนกอย่างไร ? จำแนกโดยพิจารณาการอาศัยตัวกลางในการ เคลื่อนที่ 2. จำแนกโดยพิจารณาทิศการสั่นของอนุภาคตัวกลางกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่น 3. จำแนกโดยพิจารณาการสั่นของอนุภาคตามเวลา

3. การสั่นของอนุภาคตามเวลา คลื่นดล

คลื่นต่อเนื่อง

คลื่นดล–คลื่นต่อเนื่องแตกต่างกันอย่างไร

การจำแนกชนิดของคลื่น คิดว่ามีการจำแนกอย่างไร ? 1. จำแนกโดยพิจารณาการอาศัยตัวกลางในการ เคลื่อนที่ 2. จำแนกโดยพิจารณาทิศการสั่นของอนุภาคตัวกลางกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่น 3. จำแนกโดยพิจารณาการสั่นของอนุภาคตามเวลา 4. จำแนกโดยพิจารณามิติการสั่นของคลื่น

4. จำแนกโดยพิจารณามิติการสั่นของคลื่น คลื่นโพลาไรซ์ คลื่นไม่โพลาไรซ์

คลื่นโพลาไรซ์

แสง ไม่ โพ ลา ไรซ์ แสง โพ ลา ไรซ์

กิจกรรม ใช้เวลา 10 นาที 5 คะแนน จงเขียนแผนผังแนวคิด เรื่องการจัดจำแนกชนิด ของคลื่น ใช้เวลา 10 นาที 5 คะแนน

การจำแนกชนิดของคลื่น 1. จำแนกโดยพิจารณาการอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ 2. จำแนกโดยพิจารณาทิศการสั่นของอนุภาคตัวกลางกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่น 3. จำแนกโดยพิจารณาการสั่นของอนุภาคตามเวลา 4. จำแนกโดยพิจารณามิติการสั่นของคลื่น

เมื่อใช้ทิศทางการสั่นของตัวกลางเทียบกับ ทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่นเป็นเกณฑ์ จะแบ่งคลื่นได้ 2 ชนิด คือ คลื่นตามขวาง (transverse wave) และคลื่นตามยาว (longitudinal wave) เมื่อตัวกลางสั่นตั้งฉาก (ขวาง) ทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่นและตัวกลางสั่นขนานกับทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่น ตามลำดับ ตัวอย่างคลื่นตามขวาง เช่น คลื่นผิวน้ำ คลื่นบนเส้นเชือก คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และตัวอย่างคลื่นตามยาว เช่น คลื่นเสียง เป็นต้น

2. เมื่อใช้การอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ของคลื่นเป็นเกณฑ์ จะแบ่งคลื่นได้ 2 ชนิด คือ คลื่นกล (mechanical waves) และคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic waves) ซึ่งคลื่นกล คือ คลื่นที่ต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ เช่น คลื่นน้ำใช้น้ำเป็นตัวกลาง คลื่นบนเส้นเชือกใช้เชือกเป็นตัวกลาง ถ้าปราศจากตัวกลางแล้ว จะไม่มีคลื่นกลเคลื่อนที่ไปได้เลย และสำหรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไม่ต้องใช้ตัวกลางในการเคลื่อนที่ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเคลื่อนที่ในสุญญากาศได้

3. เมื่อใช้ลักษณะการสั่นของอนุภาคไปตามเวลาเป็นเกณฑ์ จะแบ่งคลื่นได้ 2 ชนิด คือ คลื่นดล (wave pulse) และคลื่นต่อเนื่อง (continuous wave) หรือคลื่นขบวน (wave train) ซึ่งคลื่นกล คือ คลื่นที่เกิดจากการสั่นของอนุภาคตัวกลางในช่วงเวลาสั้นๆและคลื่นต่อเนื่อง คือ คลื่นที่เกิดจากการสั่นอย่างต่อเนื่องของอนุภาคตัวกลาง

4. เมื่อใช้มิติการสั่นของอนุภาคตัวกลางเป็นเกณฑ์ จะแบ่งคลื่นได้ 2 ชนิด คือ คลื่นโพลาไรซ์ (polarized wave) และคลื่นไม่โพลาไรซ์ (unpolarized wave) ซึ่งคลื่นโพลาไรซ์ คือ คลื่นที่ทำให้อนุภาคตัวกลางสั่นในระนาบเดียวกัน และคลื่นไม่โพลาไรซ์ คือ คลื่นที่ทำให้อนุภาคตัวกลางสั่นในหลายระนาบ

Mechanical Wave

Check Your Understanding 1

5. A sound wave is different than a light wave in that a sound wave is produced by an oscillating object and a light wave is not. b. not capable of traveling through a vacuum. c. not capable of diffracting and a light wave is. d. capable of existing with a variety of frequencies and a light wave has a single frequency.

6. A transverse wave is transporting energy from east to west 6. A transverse wave is transporting energy from east to west. The particles of the medium will move_____. a. east to west only b. both eastward and westward c. north to south only d. both northward and southward

Mechanical wave Electromagnetic wave Transverse wave longitudinal wave 7. A wave is transporting energy from left to right. The particles of the medium are moving back and forth in a leftward and rightward direction. This type of wave is known as a ____. Mechanical wave Electromagnetic wave Transverse wave longitudinal wave

8. A sound wave is a mechanical wave; not an electromagnetic wave 8. A sound wave is a mechanical wave; not an electromagnetic wave. This means that a. particles of the medium move perpendicular to the direction of energy transport. b. a sound wave transports its energy through a vacuum. c. particles of the medium regularly and repeatedly oscillate about their rest position. d. a medium is required in order for sound waves to transport energy.

9. If you strike a horizontal rod vertically from above, what can be said about the waves created in the rod? a. The particles vibrate horizontally along the direction of the rod. b. The particles vibrate vertically, perpendicular to the direction of the rod. c. The particles vibrate in circles, d. The particles travel along the rod from the point of impact to its end.

10. Which of the following is not a characteristic of mechanical waves? a. They consist of disturbances or oscillations of a medium. b. They transport energy. c. They travel in a direction which is at right angles to the direction of the particles of the medium. d. They are created by a vibrating source. 

11. The sonar device on a fishing boat uses underwater sound to locate fish. Would you expect sonar to be a longitudinal or a transverse wave?

Machenical Wave

1. TRUE or FALSE: In order for John to hear Jill, air molecules must move from the lips of Jill to the ears of John. FALSE

2. Curly and Moe are conducting a wave experiment using a slinky 2. Curly and Moe are conducting a wave experiment using a slinky. Curly introduces a disturbance into the slinky by giving it a quick back and forth jerk. Moe places his cheek (facial) at the opposite end of the slinky. Using the terminology of this unit, describe what Moe experiences as the pulse reaches the other end of the slinky.

3. Rhonda sends a pulse along a rope  3. Rhonda sends a pulse along a rope. How does the position of a point on the rope, before the pulse comes, compare to the position after the pulse has passed?

4. In order for a medium to be able to support a wave, the particles in the wave must be frictionless. isolated from one another. able to interact. very light.