คุณสมบัติของคลื่น

คุณสมบัติของคลื่น

ไม่ว่าเป็นคลื่นชนิดใดจะสามารถแสดงคุณสมบัติได้ 4 ประการคือ

1.การสะท้อน  (Reflection)

2.การหักเห  (Reflection)

3.การแทรกสอด  (Interference)

4.การเลี้ยวเบน  (Diffraction)

หน้าคลื่นและรังสีของคลื่น

หน้าคลื่นและรังสีของคลื่น 

     หน้าคลื่น(wave front) คือ แนวที่เชื่อมจุดที่มีเฟสเดียวกันของคลื่นกับคลื่นข้างเคียง ระหว่างหน้าคลื่นที่อยู่ติดกันจะห่างกัน 1 ความยาวคลื่น

     รังสีของคลื่น (Ray) คือ ลูกศรที่ใช้บอกทิศทางของคลื่น โดยจะมีทิศตั้งฉากกับหน้าคลื่นเสมอ

การศึกษาคลื่นน้ำด้วยถาดคลื่น

การศึกษาคลื่นน้ำด้วยถาดคลื่น
   
       การศึกษาคลื่นน้ำด้วยถาดคลื่น เราจะใช้แสงจากโคมไฟ ส่องผ่านคลื่นน้ำทำให้เห็นการเคลื่อนที่ของคลื่นบนฉากกระดาษขาวที่วางบนพื้นล่าง แหล่งกำเนิดคลื่นใช้การสั่นของมอเตอร์บนแผ่นไม้ที่แขวนไว้เหนือผิวน้ำ เป็นแหล่งกำเนิดคลื่น ซึ่งจะมีปุ่มกำเนิดคลื่นสร้างคลื่นวงกลมและมีคานไม้สร้างคลื่นเส้นตรง และมีเครื่องกีดขวาง เพื่อศึกษาสมบัติต่างๆของคลื่น

สามารถศึกษาได้จากวีดีโอนี้..

 

       จากรูปจะสังเกตได้ว่า คลื่นที่แผ่ออกไป จะเป็นแถบมืดและแถบสว่าง

          โดยสันคลื่นจะทำหน้าที่รวมแสง (เลนส์นูน) จึงเกิดแถบสว่าง 

             ท้องคลื่นจะทำหน้าที่กระจายแสง (เลนส์เว้า) จึงเกิดแถบมืด 

     **ระยะห่างระหว่างแถบมืดถึงแถบมืด หรือแถบสว่างถึงแถบสว่างจะมีค่าเท่ากับความยาวคลื่น

เฟส (phase)

เฟส คือ การบอกตำแหน่งของวัตถุหรืออนุภาคที่มีการเคลื่อนที่เป็นรอบ เทียบเป็นรัศมีวงกลมที่กวาดไป มีหน่วยเป็นองศา หรือ เรเดียน 

โดยตำแหน่งที่ 0 องศา   จะมีค่าเท่ากับ 0    เรเดียน
   ตำแหน่งที่ 90 องศา  จะมีค่าเท่ากับ π/2   เรเดียน
   ตำแหน่งที่ 180 องศา จะมีค่าเท่ากับ π     เรเดียน

   ตำแหน่งที่ 270 องศา จะมีค่าเท่ากับ 3π/2 เรเดียน
   ตำแหน่งที่ 360 องศา จะมีค่าเท่ากับ 2π    เรเดียน

จากรูป ตำแหน่งที่ซ้อนทับกันของวงกลม เรียกว่า เฟสตรงกัน

      และตำแหน่งที่อยู่ตรงข้ามกับการซ้อนทับของวงกลม เรียกว่า เฟสตรงข้าม

ส่วนประกอบต่างๆของคลื่น

ส่วนประกอบต่างๆของคลื่น

1.แนวสมดุล  คือ แนวของตัวกลางเมื่อไม่มีคลื่นเคลื่อนที่ผ่าน

2. การกระจัด คือ ระยะห่างจากแนวสมดุลไปยังจุดใดๆบนคลื่น

3. สันคลื่น คือ ตำแหน่งที่สูงที่สุดของคลื่น

4.ท้องคลื่น คือ ตำแหน่งที่ต่ำที่สุดบนคลื่นนั้น

5. แอมพลิจูด คือ ระยะทางที่ตัวกลางสั่นไปมาได้ไกลที่สุดจากแนวสมดุล หรือ การกระจัดที่มากที่สุด โดยจะบอกพลังงานของคลื่น
                        โดย

6.ความยาวคลื่น คือ ระยะห่างระหว่างสันคลื่นกับสันคลื่นที่อยู่ติดกัน หรือ ระยะห่างระหว่างท้องคลื่นกับท้องคลื่นที่อยู่ติดกัน

7. คาบเวลา คือ เวลาที่คลื่นเคลื่อนที่ได้ 1 ลูกคลื่น หรือ เวลาที่ตัวกลางสั่นครบ 1 รอบ มีหน่วยเป็นวินาที (s)

8. ความถี่ คือ จำนวนลูกคลื่นที่ผ่านไปได้ใน 1 วินาที หรือ จำนวนรอบที่ตัวกลางสั่นครบ 1 วินาที มีหน่วยเป็น รอบ/วินาที หรือ เฮิร์ต(Hz) โดยจะขึ้นอยู่กับแหล่งกำเนิดคลื่นนั้นๆ

9. อัตราเร็วคลื่น คือ ระยะทางที่คลื่นเคลื่อนที่ได้ใน 1 วินาที โดยจะเคลื่อนที่ด้วยอัตรเร็วคงที่ และจะขึ้นอยู่กับชนิดของตัวกลาง

                                                โดย  

ในกรณีของคลื่นในเส้นเชือก

 ข้อที่ควรสังเกต

1.            ความถี่จะขึ้นอยู่กับแหล่งกำเนิดคลื่น

2.            อัตราเร็วของคลื่นจะขึ้นกับชนิดของตัวกลาง

คลื่นกล

คลื่นคืออะไร ?

   คลื่น คือ กระบวนการในการถ่ายเทพลังงานจากที่หนึ่งไปอีกที่หนึ่ง หรือเป็นการถ่ายเทพลังงานจากแหล่งกำเนิดไปยังบริเวณโดยรอบ

การแบ่งประเภทของคลื่น  

1.แบ่งตามการใช้ตัวกลางในการเคลื่อนที่

     - คลื่นกล > เป็นคลื่นที่อาศัยตัวกลางในการถ่ายเทพลังงาน เช่น คลื่นผิวน้ำ คลื่นเส้นเชือก และคลื่นเสียง เป็นต้น

     - คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า > เป็นคลื่นที่ไม่จำเป็นต้องใช้ตัวกลาง(มีหรือไม่มีก็ได้) เช่น คลื่นแสง คลื่นวิทยุ คลื่นความร้อน เป็นต้น

2. แบ่งตามการสั่นของอนุภาคตัวกลาง

- คลื่นตามขวาง > ตัวกลางหรือแหล่งกำเนิดจะสั่นตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่น เช่น คลื่นในเส้นเชือก คลื่นในผิวน้ำ

 รูป : คลื่นตามขวาง

- คลื่นตามยาว > ตัวกลางหรือแหล่งกำเนิด จะสั่นขนานกับทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่น เช่น คลื่นในขดลวดสปริง

รูป : คลื่นตามยาว

3. แบ่งตามการรบกวนตัวกลาง

- คลื่นดล คือ คลื่นที่เกิดจากการรบกวนตัวกลางเพียง 1 ครั้ง ทำให้เกิดคลื่นเพียง 1 คลื่น

- คลื่นต่อเนื่อง คือ คลื่นที่เกิดจากการรบกวนตัวกลางเป็นจังหวะต่อเนื่องกันหลายๆครั้ง เกิดคลื่นต่อเนื่องหลายๆลูก เช่น สะบัดเส้นเชือกขึ้นลงอย่างต่อเนื่องหลายๆครั้ง