คลื่นและคลื่นเสียง

บทที่ 8 คล่นื และคลื่นเสยี ง คล่ืนท่ีนักศกึ ษาจะไดเ รียนในบทน้คี อื คลน่ื กล ซ่งึ เปน คลนื่ ท่ีตองอาศยั ตัวกลางในการเคล่อื นที่ สิ่งท่ี คลนื่ นําไปดวยพรอมกบั การเคลอ่ื นที่คือพลังงาน พลังงานเคลื่อนที่ผา นตวั กลางตาง ๆ จะมีปรมิ าณตา ง ๆ กัน ไปในแตละกรณี เชน พลงั งานของคล่ืนในทะเลขณะท่ีพายจุ ะมคี ามากกวาพลงั งานที่เกดิ จากคลื่นเสียงท่ีเรา ตะโกนออกไป 8.1 ชนดิ ของคล่นื เราสามารถแบงคลืน่ ออกเปน 2 ชนิดเมือ่ พิจารณาจากลักษณะการเคลอ่ื นท่ขี องอนภุ าคตวั กลางขณะ คลื่นเคลือ่ นทผ่ี า น คอื คลน่ื ตามยาว และ คลืน่ ตามขวาง คล่นื ตามยาว เปน คล่นื ท่อี นุภาคของตัวกลางสั่นในแนวเดียวกบั การเคล่ือนที่ของคล่นื ตัวอยางคลน่ื ตามยาว เชน คล่ืนในสปริง คลื่นเสยี ง เปน ตน รูปที่ 8.1 คลืน่ ตามยาวในสปรงิ คล่ืนตามขวาง เปน คลนื่ ท่อี นุภาคของตัวกลางสนั่ ในแนวตั้งฉากกับแนวการเคลอื่ นท่ีของคล่นื ตวั อยา งคลื่นตามขวาง เชน คล่ืนในเสนเชือก เปนตน รูปที่ 8.2 คลื่นตามขวางในสปริง เมือ่ พิจารณาลักษณะของการทําใหเกดิ คลื่น เราอาจแบง คลืน่ ออกเปนคลนื่ ดลและคล่ืน ตอ เน่อื ง โดยคลืน่ ท่ีเกดิ จากการส่นั ของแหลง กําเนิดคลื่นในชวงเวลาสน้ั ๆ หรอื การไปรบกวนแหลงกําเนดิ คลื่นเพียงครงั้ เดยี ว เรยี กคลนื่ นว้ี า คลื่นดล และถาแหลงกําเนิดคล่ืนส่ันตอเนื่องหรือการรบกวนแหลงกาํ เนิด คล่นื อยา งตอเนื่อง เรยี กคลืน่ ที่เกดิ ขึ้นวา คลน่ื ตอเน่ือง

ฟสิกสเบ้ืองตน 78 8.2 สวนประกอบของคลนื่ เมือ่ พจิ ารณาสว นประกอบของคลน่ื จะเห็นลักษณะทางกายภาพท่สี าํ คัญของคล่นื 3 ประการ คือ ความยาวคลนื่ ความถ่ีและอัตราเร็วของคล่ืน นอกจากนีค้ ลืน่ ยังมีองคป ระกอบอื่น ๆ อกี ดงั ตอไปน้ี รูปท่ี 8.3 สวนประกอบของคลนื่ ความยาวคลื่น หมายถึงระยะที่นอ ยที่สุดระหวางจดุ 2 จดุ บนคลนื่ ท่มี ลี ักษณะการเคล่ือนท่ี เหมือนกนั ทุกประการ เราใชส ัญลกั ษณ λ แทนความยาวคล่นื มีหนวยเปน เมตร ความถ่ีของคล่ืน หมายถึงจาํ นวนคลนื่ ท่ีผา นจุด ๆ หน่งึ ในหนึง่ หนวยเวลาหรือจํานวนรอบที่ แหลงกาํ เนดิ คล่ืนหรอื ตวั กลางส่ันไดในหนง่ึ หนว ยเวลา ใชสัญลกั ษณ f มหี นวยเปน รอบตอ วินาที หรือ เฮริ ตซ (Hz) คาบของคล่นื หมายถงึ ชว งเวลาทีค่ ลื่นเคลื่อนทไ่ี ด 1 ความยาวคล่นื หรือเวลาทแี่ หลงกําเนิดคลืน่ หรอื ตัวกลางที่คล่ืนเคลอื่ นทผ่ี า นครบ 1 รอบ ใชส ัญลกั ษณ T มีหนว ยเปนวินาที แอมพลิจูด หมายถงึ ขนาดของการกระจัดสูงสุดของอนุภาคของตวั กลางท่ีคลน่ื ผา นจากตําแหนง สมดุลเดมิ ใชส ัญลักษณ A มีหนวยเปน เมตร อัตราเร็วคลื่น หมายถงึ ระยะทางทค่ี ลืน่ เคล่ือนที่ไดใ น 1 หนว ยเวลา ใชสญั ลกั ษณ v มหี นว ยเปน เมตร/วินาที 8.2.1 ความสมั พนั ธร ะหวา งความถ่แี ละคาบของคลน่ื เม่ือพิจารณาจากความหมายของคาบและความถี่ของคลื่น จะไดความสัมพนั ธด ังน้ี 1 T = f (8.1) (8.2) เน่อื งจากในเวลา T วินาที คลน่ื เคล่อื นทีไ่ ดระยะทาง λ เมตร ระยะทาง ดังน้นั จาก อตั ราเรว็ = เวลา ดังนน้ั v = fλ สาํ หรบั นกั ศกึ ษาคณะสถาปต ยกรรมศาสตร/เทคโนโลยสี อ่ื สารมวลชน

ฟสิกสเ บอื้ งตน 79 ตวั อยางท่ี 8.1 คล่นื ตอ เน่อื งขบวนหนง่ึ มีความถี่ 90 เฮิรตซ ขณะเวลาหนึ่งมลี กั ษณะดังรูป ถาแกน x และ แกน y แทนระยะทางในหนวยเซนตเิ มตร จงหาแอมพลจิ ดู ความยาวคลน่ื คาบ อตั ราเร็วของคลนื่ ตามลําดบั วิธที ํา จากรปู วัดคา แอมพลจิ ดู ของคล่ืนไดเทา กบั 1 เซนติเมตร คาความยาวคลน่ื ได 2 เซนตเิ มตร หาคาบของคล่ืน 1 f T = แทนคา T = 1 90 = 0.011 s ดงั นั้นคาบของคลืน่ เทา กับ 0.011 วินาที หาอตั ราเรว็ ของคล่นื แทนคา v = fλ v = (90)(2 × 10-2) = 1.8 m/s คําตอบ อตั ราเร็วของคลนื่ มคี าเทากบั 1.8 เมตรตอวนิ าที 8.2.2 เฟสของคลนื่ เฟสของคล่ืนเปนการบอกตาํ แหนง ตาง ๆ บนคล่ืน โดยบอกเปน มมุ ในหนวยองศาหรือเรเดียน ลักษณะของคลื่นสามารถนาํ มาเขียนในรูปของคลน่ื รูปไซนไ ด ดงั นัน้ ตําแหนงตา ง ๆ บนคลืน่ รปู ไซนจ ึงระบุ ตําแหนง เปนมุมในหนวยองศาหรือเรเดยี นได ซึ่งมมุ 1 เรเดยี นเทยี บไดเทากับ 57.3 องศา มมุ 360 องศา เทียบไดเทากับ 2π เรเดียน รปู ท่ี 8.4 ความสมั พนั ธร ะหวางมุมเรเดยี นกบั องศา เราสามารถเปรียบเทียบลักษณะการเคลือ่ นที่ของอนภุ าคตวั กลาง ณ 2 ตาํ แหนงขณะคล่นื ขบวนหนง่ึ เคล่อื นทผ่ี า นไดวา 2 ตําแหนง นั้น มเี ฟสตรงกนั หรือเฟสตรงขา มกันได สาํ หรบั นกั ศึกษาคณะสถาปต ยกรรมศาสตร/เทคโนโลยสี อ่ื สารมวลชน

ฟส กิ สเ บ้ืองตน 80 รปู ที่ 8.5 ตําแหนง ตา ง ๆ บนคลืน่ รูปไซน พิจารณารปู ท่ี 8.5 จะเห็นวา จุด A กบั จดุ B อยูห างกนั 1 ความยาวคล่ืน มเี ฟสตา งกนั 360 องศา หรอื 2π เรเดียน เรากลาวไดว าจดุ A และ จุด B มีเฟสตรงกัน สาํ หรบั จุด A กับจดุ C อยหู า งกัน 2 เทา ของ ความยาวคลืน่ มีเฟสตา งกัน 720 องศาหรือ 4π เรเดียน จุด A กบั จดุ C กม็ ีเฟสตรงกนั เม่ือพิจารณาจุด A กบั จุด X อยูหา งกัน λ/2 มเี ฟสตา งกัน 180 องศาหรอื π เรเดียน สาํ หรบั จดุ A กบั จดุ Y อยหู า งกัน 3λ/2 มเี ฟสตางกัน 540 องศาหรอื 3π เรเดยี น เราเรยี กวาจุด A มเี ฟสตรงขามกบั จุด X และจดุ A กม็ ีเฟสตรงขามกับจดุ Y ดังนน้ั สรุปไดว า จุดสองจุดทอ่ี ยูหา งกนั λ, 2λ , 3λ , ........... จะมเี ฟสตรงกัน สาํ หรับจดุ สองจุดที่ อยหู า งกนั λ/2 , 3λ/2 , 5λ/2 , ........... จะมีเฟสตา งกัน 8.3 สมบัตขิ องคล่ืน คลื่นมีสมบตั ิ 4 ประการไดแก การสะทอ น การหักเห การเลีย้ วเบน และการแทรกสอด 8.3.1 การสะทอ นของคล่นื คณุ สมบตั ิประการหน่งึ ของคล่ืน คือ การสะทอน ลกั ษณะการสะทอ นเปน ไปตามสภาพของคล่ืน การสะทอ นเกิดจากคลนื่ เคล่อื นท่ีไปกระทบส่ิงกีดขวางแลวเคลื่อนที่กลับมาในตัวกลางเดมิ ในการสะทอ นของ คลืน่ รังสีตกกระทบ เสนปกติ และรงั สสี ะทอน อยใู นระนาบเดียวกัน โดย มุมตกกระทบ ( θi ) = มุมสะทอ น ( θr ) รังสีตกกระทบ เสน ปกติ รังสีสะทอน หนาคล่นื ตกกระทบ θi θr หนาคล่นื สะทอ น รปู ท่ี 8.6 การเคล่ือนที่ของคล่ืนตกกระทบและคล่นื สะทอน สาํ หรบั นกั ศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยสี อื่ สารมวลชน

ฟสิกสเบือ้ งตน 81 8.3.2 การหกั เหของคลืน่ เมื่อคลืน่ เคลื่อนที่ผา นเขาไปในตวั กลางท่ีเปลี่ยนไปจากเดมิ ความเร็ว และความยาวคลน่ื จะ เปลีย่ นไป มีผลทําใหทิศการเคลือ่ นที่เบนไปจากแนวเดมิ ปรากฏการณน เี้ รยี กวา “การหกั เห” รังสี เสนปกติ รังสีหักเห เสนปกติ หนาคลื่น หนาคล่ืน λ1 λ2 ตัวกลางท่ี 1 ตัวกลางท่ี 2 (โปรง) (โปรง) θ1 θ2 θ2 λ2 θ λ1 1 หนาคลื่น หนาคล่ืน ตัวกลางที่ 2 ตัวกลางที่ 1 (ทึบ) รังสีหักเห (ทึบ) รังสี (ก) (ข) รปู ที่ 8.7 (ก) คล่นื เดินทางจากตัวกลางที่โปรง ไปยังตวั กลางท่ีทึบกวา (ข) คลน่ื เดินทางจากตัวกลางท่ที ึบไปยังตัวกลางทโ่ี ปรงกวา จากรูปท่ี 8.7 (ก) เมื่อคลื่นเดนิ ทางจากตัวกลางทโ่ี ปรงเขาไปยังตัวกลางที่ทึบ คล่ืนเบนเขาหาเสน ปกติ ความเร็ว และความยาวคล่นื หักเหในตัวกลางท่ี 2 มีคาลดลง ในกรณกี ลบั กนั จากรปู ที่ 8.7 (ข) เม่อื คลืน่ เดนิ ทางจากตัวกลางท่ีทึบเขา ไปยังตวั กลางทีโ่ ปรง คลนื่ เบนออกจาก เสนปกติ ความเรว็ และความยาวคลน่ื หักเหในตัวกลางท่ี 2 มคี าเพ่ิมข้ึน นยิ ามให “ดัชนีหกั เห (n)” หมายถึง อตั ราสวนระหวา งความเร็วของแสงในสุญญากาศ (c) ตอ ความเรว็ ของแสงในตวั กลางใด ๆ (v) ดงั นัน้ ดัชนหี ักเหของตัวกลางที่ 1 คอื n1 = c v1 ดัชนีหกั เหของตัวกลางท่ี 2 คอื n2 = c v2 ดังนนั้ n1 = v2 (8.3) n2 v1 สําหรบั นักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสื่อสารมวลชน

ฟส ิกสเ บอ้ื งตน 82 ตัวกลางท่ี 1 จากรปู ท่ี 8.8 ไดค วามสัมพันธดังน้ี (โปรง) sin λ1 รังสี เสน ปกติ θ1 = AB หนาคลื่น λ2 θ1 A θ1 λ1 sin θ 2 = AB λ θ2 B ดงั น้ัน θ 2 2 หนา คลื่น sin θ1 λ1 sin θ 2 λ2 รังสีหักเห = ตวั กลางที่ 2 (ทบึ ) รปู ที่ 8.8 ภาพขยายของรปู ที่ 8.7 (ก) เนอ่ื งจากรังสหี ักเหและรงั สตี กกระทบมคี วามถ่ีเทากนั ดังนน้ั f = f1 = f2 และจาก λ= v f ดังนนั้ สมการดานบนเปน sin θ1 = v1 = n2 sin θ 2 v2 n1 สมการทีไ่ ดเรยี กวา “กฎของสเนลล” มคี วามสมั พันธ ดงั นี้ sin θ1 = λ1 = v1 = n2 (8.4) sin θ2 λ2 v2 n1 ท่ีนาสนใจอีกประการหน่ึงก็คือกรณีของรูปที่ 7.7 (ข) มีความเปน ไปไดวา ถา θ1 มีมมุ ท่ีเหมาะสมจน ทําให θ2 มีมมุ เทา กบั 90o คลนื่ หักเหจะเกดิ การสะทอ นกลับหมด ในกรณีนเี้ รยี ก θ1 วา “มมุ วกิ ฤติ” ใช สญั ลกั ษณเปน θc พจิ ารณาจากกฎของสเนลล ดังนี้ sin θ1 = λ1 = v1 = n2 sin 90 o λ2 v2 n1 หรอื θ1 = sin −1 ⎝⎜⎜⎛ n2 ⎟⎟⎞⎠ n1 ดงั นั้น มุมวกิ ฤติ คือ θc = sin −1 ⎝⎜⎛⎜ n2 ⎠⎟⎟⎞ (8.5) n1 สําหรบั นักศึกษาคณะสถาปต ยกรรมศาสตร/เทคโนโลยสี อ่ื สารมวลชน

ฟส กิ สเ บื้องตน 83 ตัวอยางที่ 8.2 คล่นื ผวิ น้ํามคี วามถี่ 12 เฮริ ตซ เคลื่อนท่ีจากบริเวณนาํ้ ลึกเขาสูบรเิ วณน้าํ ต้ืน ดวยความเร็ว 0.18 เมตรตอวนิ าที โดยหนาคล่นื ตกกระทบทํามมุ 45 องศา กับเสนรอยตอ น้าํ ลกึ กับน้ําตื้น ก) เมื่อคลืน่ เคล่ือนที่ผานเสนรอยตอน้ําลึกกับน้ําตื้น มมุ หกั เหเปนเทาใด กําหนดความยาวคลนื่ ใน นํา้ ตื้นเทา กับ 1.0 เซนติเมตร ข) ความถ่ขี องคล่ืนในนาํ้ ตืน้ เทากับก่เี ฮิรตซ วธิ ที ํา ก) จากส่ิงท่ีโจทยกาํ หนดให สามารถหาความยาวคล่ืนบริเวณนํ้าลึกได จาก v = fλ ดงั น้นั λ = v f 0.18 = 12 = 1.5 ×10−2m sin θ1 หามุมหักเห θ2 จาก sin θ2 = λ1 แทนคา sin 45D = λ2 sin θ2 1.5 ×10−2 sinθ2 = 1.0 ×10−2 0.471 θ2 ≈ 28D ∴ มุกหกั เหมีคาประมาณ 28 องศา ข) ความถี่บรเิ วณนา้ํ ตนื้ เทา กับ 12 เฮริ ตซ เน่ืองจากเปน แหลง กําเนิดคล่นื เดียวกัน 8.3.3 การแทรกสอดของคลืน่ เม่ือคลนื่ ตอ เนอื่ งจากแหง กาํ เนิดคล่ืนสองแหลงเดนิ ทางมาพบกันจะเกิดการซอ นทับของคลน่ื เรียก ปรากฏการณน้วี า การแทรกสอดของคลืน่ เพ่ือใหก ารพิจารณางา ยขึน้ สมมติวา มีคลื่นเพียง 2 ขบวนเขา มาอยู ในบรเิ วณเดียวกัน โดยคลน่ื ทั้งสองมคี วามถ่ีเทากัน และมีเฟสตรงกนั หรือเฟสตางกนั คงที่ การทําใหค ลน่ื สอง ขบวนมีความถี่และเฟสเทา กนั ทาํ ไดโ ดยใหค ล่ืนท้ังสองเกิดจากแหลงกาํ เนดิ อาพันธ (coherent source) การ แทรกสอดของคลน่ื ท่เี สริมกนั จนมีแอมปลิจูดมากสุด เรียกวา “ปฏบิ ัพ” (antinode) ถา คลน่ื หักลางกนั จนมีแอม ปลิจดู ตาํ่ สดุ หรือเปน 0 เรยี กวา “บัพ” (node) ลักษณะการแทรกสอดจะเปน ไปตามรูปท่ี 8.9 สาํ หรบั นกั ศกึ ษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสือ่ สารมวลชน

ฟส กิ สเบือ้ งตน 84 ทองคล่นื ปฎิบัพที่ยอดคลน่ื ปฎิบพั ทีท่ อ งคลื่น บพั ทองคลืน่ ยอดคลนื่ S1 S2 ยอดคล่ืน แหลงกาํ เนิดอาพันธ รปู ท่ี 8.9 การแทรกสอดของคล่ืนนาํ้ ท่เี กิดจากแหลงกําเนดิ อาพันธ 2 แหลง คือ S1 และ S2 8.3.4 การเลีย้ วเบนของคลนื่ คลื่นมีลักษณะพิเศษประการหน่ึง คือ ทุกจุดบนหนาคล่ืนถือใหเปนตนกําเนิดคล่ืนใหมได ปรากฏการณน ี้เรยี กวา “หลกั ของฮอยเกนส” ถาคลื่นเคลื่อนที่ผานส่ิงกีดขวาง คล่ืนสวนที่กระทบส่ิงกีดขวางจะ สะทอนกลับ สวนคล่ืนท่ีผานไปไดจะแผจากขอบของส่ิงกีดขวางไปจนถึงดานหลังส่ิงกีดขวาง ปรากฏการณนี้ เรียกวา “การเลยี้ วเบน” คล่ืนเลีย้ วเบนยังคงมีความยาวคลื่น ความถี่ และอัตราเรว็ เทา เดมิ คลน่ื เล้ียวเบน สงิ่ กดี ขวาง รปู ท่ี 8.10 คล่ืนเล้ียวเบนออกจากสลิตเด่ียว 8.4 ธรรมชาติของเสียง ชวี ิตประจําวันเราจะไดย ินเสยี งจากแหลง กําเนิดเสียงตา ง ๆ อยตู ลอดเวลา การไดยินเสยี งของเรา เกดิ จากหไู ดรับพลังงานจากการสั่นของแหลง กําเนิดเสียงผา นโมเลกุลของอากาศ ลกั ษณะการเคลือ่ นทข่ี อง โมเลกลุ ของอากาศจะอยูใ นรูปของคลืน่ ตามยาว มีผลทําใหค วามดันของอากาศบรเิ วณทีม่ ีการถายทอด พลังงานมคี าเปลี่ยนแปลงไปจากความดนั ปกติ บริเวณทีม่ คี วามดันมากกวาปกตเิ ราเรยี กวา สว นอดั สว น บริเวณท่ีมีความดนั นอยกวาปกติเราเรยี กวา สว นขยาย สําหรับนกั ศกึ ษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยสี อ่ื สารมวลชน

ฟสิกสเบอื้ งตน 85 8.5 การเคล่อื นทีข่ องเสียงผา นตวั กลาง เม่ือคลน่ื เสียงเคล่อื นท่ีผา นตัวกลางหนึ่งไปยงั อีกตัวกลางหน่ึง ความถีข่ องคล่นื เสยี งจะมีคา คงตวั เทากบั ความถขี่ องแหลง กาํ เนิดเสียง สวนอัตราเรว็ ของเสยี งในตวั กลางหนึ่ง ๆ จะคงตัว เมื่ออุณหภูมิของ ตวั กลางน้ันคงตัว ดังแสดงในตารางตอไปนี้ ตารางท่ี 8.1 แสดงอัตราเร็วของเสียงที่ตัวกลางตา ง ๆ ทอี่ ุณหภมู ติ า ง ๆ ตัวกลาง อัตราเรว็ (เมตร / วินาที) แกส 331 อากาศ (0o C) 343 อากาศ (20o C) 1286 ไฮโดรเจน (0o C) 317 ออกซิเจน (0o C) 972 ฮีเลียม (0o C) ของเหลว (25o C) 1493 1143 นา้ํ 1533 เมทลิ แอลกอฮอล นา้ํ ทะเล ของแข็ง 5100 3560 อะลมู เิ นยี ม 5130 ทองแดง 1322 เหลก็ ตะก่ัว จากอัตราเร็วของเสียงในอากาศพบวา อัตราเร็วของเสียงมีความสัมพันธก บั อุณหภมู ิของอากาศ โดย เปน ไปตามสมการ vt = 331 + 0.6t (8.6) เม่ือ vt เปน อตั ราเรว็ ของเสียงในอากาศที่อุณหภูมิ t ใด ๆ มหี นว ยเปน เมตร/วินาที t เปนอุณหภูมขิ องอากาศมหี นว ยเปนองศาเซลเซยี ส ตวั อยางท่ี 8.3 คนงานซอมทางรถไฟเคาะรางรถไฟ ปรากฏวา ผทู ่อี ยูหางออกไประยะหนึ่ง ไดยนิ เสียงเมื่อ เวลาผา นไป 2.0 วนิ าที ถาผูฟงแนบหูกบั รางรถไฟ เขาจะไดย ินเสยี งกอนหรอื หลงั กวานี้เทาใด และเขาอยหู า ง จากคนงานรถไฟเปนระยะทางเทาใด กาํ หนดให อณุ หภูมขิ ณะน้นั เทากับ 15 oC และอตั ราเร็วของเสยี งในเหล็กเทากบั 5130 เมตร/วินาที วธิ ีทาํ หาอัตราเร็วของเสียงในอากาศขณะอุณหภมู ิ 15 oC จากสตู ร vt = 331 + 0.6t ดังนัน้ vt = 331 + 0.6 (15) = 340 m/s สาํ หรับนกั ศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีส่ือสารมวลชน

ฟส ิกสเบอ้ื งตน 86 หาระยะหา งจากผสู ังเกตถงึ คนงาน ระยะทาง เวลา จาก อัตราเร็ว = ระยะทาง = (340 m/s)(2 s) = 680 m ดงั น้ันระยะหา งจากผสู ังเกตถึงคนงานเทา กับ 680 เมตร หาเวลาทเ่ี สยี งใชในการเคล่อื นท่ใี นรางรถไฟ ระยะทาง จาก อัตราเร็ว = เวลา = 0.13 s เวลา = 680 m 5130 m / s ถาเราแนบหกู ับรางรถไฟจะไดย ินเสยี งเรว็ กวา เสยี งผานอากาศ = 2 – 0.13 = 1.87 วินาที 8.6 สมบตั ขิ องเสียง ถาเราตะโกนภายในหองประชมุ ใหญ ๆ จะไดยินเสียงท่ีตะโกนออกไปสะทอนกลบั เพราะเสียงที่ ตะโกนไปกระทบผนังหอ ง เพดาน และพืน้ หอง แลวเกิดการสะทอนกลบั มา ทําใหเราไดย ินเสียงอกี ครง้ั หน่ึง แสดงวาเสยี งมีสมบัตกิ ารสะทอน ซ่ึงเปน สมบัติทส่ี าํ คัญของคลนื่ ปกติเสยี งทผี่ านไปยังสมองจะติดประสาทหูประมาณ 1/10 วินาที ดงั นั้นเสียงท่ีสะทอ นกลบั มาสหู ูชา กวา เสยี งทต่ี ะโกนออกไปเกิน 1/10 วนิ าที หูสามารถแยกเสียงตะโกนและเสียงที่สะทอนกลบั มาได เสียง สะทอ นเชน น้เี รียกวา เสียงสะทอนกลบั (echo) จากสมบตั ิของเสยี งดังกลาว นักฟสกิ สไ ดนาํ มาสรางเครอ่ื งมือที่เรยี กวา โซนาร ซงึ่ ใชหาตําแหนง ของ สงิ่ ท่ีอยใู ตทะเล โดยสง คลืน่ ดลของเสียงทม่ี ีความถส่ี ูงจากใตทองเรือ เมื่อกระทบส่ิงกดี ขวาง เชน หนิ โสโครก ฝูงปลา หรอื เรือใตน้าํ ท่ีมีขนาดใหญกวา หรอื เทา กับความยาวคล่ืนเสียง กเ็ กิดการสะทอ นของเสียงกลบั มายัง เครอ่ื งรับบนเรือ จากชว งเวลาท่ีสงคลน่ื เสียงออกไปและรับคลน่ื สะทอนกลับมา ใชคํานวณหาระยะทางระหวาง ตาํ แหนง ของเรือกับสิ่งกีดขวางได ตัวอยา งที่ 8.4 เรอื ลาํ หนงึ่ จอดอยใู นหมูเ กาะที่มีหนาผาสูง เมือ่ เปดหวูดคนในเรอื ไดย นิ เสยี งภายหลังเปดหวูด 1 นาที ถามวาเรืออยูหา งจากหนา ผาก่ีเมตร (ถา ความเรว็ เสยี งเทากบั 335 เมตร/วินาท)ี 1 วธิ ที าํ ระยะหา งจากเรอื ถึงหนา ผา = ความเร็วของเสียง × 2 เวลาทเี่ สียงเดินทางไปกลบั = 335 m/s × 1 × 60 s 2 = 10,050 m คําตอบ เรอ่ื อยูหางจากหนา ผา 10,050 เมตร สําหรับนกั ศกึ ษาคณะสถาปต ยกรรมศาสตร/เทคโนโลยสี ่อื สารมวลชน

ฟสกิ สเ บือ้ งตน 87 เม่อื คลื่นเสยี งเดินทางจากตวั กลางหนง่ึ ผานเขาไปยงั อกี ตัวกลางหน่งึ จะเกดิ การหักเห ตวั อยางการ หกั เหของเสียงทเ่ี กิดขน้ึ ตามธรรมชาตซิ งึ่ อาจสังเกตเห็นได เชน การเห็นฟา แลบแตไมไ ดย ินเสยี งฟารอง ทั้งน้ี เนื่องจากคล่นื เสียงเคลอ่ื นที่ผานอากาศรอ นไดเร็วกวา อากาศเย็น ซ่ึงเราทราบแลววาชั้นของอากาศเหนือ พนื้ ดินมีอุณหภูมไิ มเ ทา กัน ย่งิ สูงข้ึนไปอุณหภูมิของอากาศย่ิงลดลง ดงั นน้ั ในที่สูง ๆ จากพ้ืนผวิ โลก อัตราเร็ว ของเสยี งจึงนอยกวาบริเวณใกลผิวโลก ขณะที่เกดิ ฟา แลบและฟา รอ งในตอนกลางวันคล่ืนเสยี งจะเคล่อื นที่จาก อากาศตอนบนซงึ่ เย็นกวา มาสูอากาศบริเวณใกลพืน้ ดินซึง่ รอ นกวา ทําใหเกิดการหักเหของเสียงฟา รอ งกลับ ข้ึนไปในอากาศตอนบน ถา เสียงเกิดการหกั เหกลบั ขนึ้ ไปท้ังหมด เราจะเหน็ ฟา แลบแตไมไ ดยนิ เสียงฟารอ ง ปรากฏการณข างตน นแ้ี สดงวา เสียงมีสมบัติการหักเห นอกจากนแี้ ลว เสียงยังมีสมบัติการเล้ยี วเบน ในชีวิตประจําวนั เราจะพบการเล้ยี วเบนของเสียง เชน การไดย ินเสยี งทีม่ มุ ตึก เปน ตน 8.7 คล่ืนน่ิง คลืน่ นงิ่ เปน ปรากฏการณก ารแทรกสอดที่เกดิ จากการซอ นทบั ระหวา งคลื่นสองขบวนซ่ึงเคลอื่ นท่ี สวนทางกนั โดยท่คี ลืน่ ท้ังสองมีความถ่ี ความยาวคล่ืน และแอมพลิจูดเทา กัน สําหรับกรณีคลื่นเสียงสามารถ เกดิ คลืน่ น่ิงได โดยสามารถศึกษาไดจ ากกการนําเอาลาํ โพงมาวางไวเหนือพื้นโตะ และใชทอรับฟงเสียง ณ ตาํ แหนงตา ง ๆ ตามแนวด่ิงระหวา งลาํ โพงกับพ้ืนโตะ ขณะทเี่ สียงจากลําโพงเคล่อื นทไี่ ปกระทบพน้ื โตะ จะเกิด การสะทอ น และเสยี งทสี่ ะทอนจากพืน้ โตะจะไปซอนทบั กับคลื่นเสยี งท่ีมาจากลําโพง ทาํ ใหเ กิดการแทรดสอด มีลักษณะเปน คลนื่ น่ิง เมือ่ ฟงเสียง ณ ตําแหนงตา ง ๆ จะไดยนิ เสียงดังและคอ ยสลับกนั ตาํ แหนงท่ีไดย นิ เสยี ง ดังแสดงวามกี ารแทรกสอดแบบเสริมเรียกตาํ แหนงนวี้ า ปฏบิ พั ซ่งึ คอื ตาํ แหนง A ดงั รูปท่ี 8.11 และตําแหนงท่ี ไดยนิ เสียงคอ ยแสดงวา มกี ารแทรกสอดแบบหักลา งเรียกตําแหนงนว้ี า บัพ ซ่ึงคือตําแหนง N ดังรูป 8.11 รูปท่ี 8.11 คลน่ื น่ิงของเสยี ง สําหรบั นักศกึ ษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสื่อสารมวลชน

ฟส ิกสเ บ้ืองตน 88 8.8 การไดยิน เสียงทเ่ี ราไดย นิ จะดังหรือคอ ยข้ึนอยกู ับพลังงานของเสยี งทม่ี าถงึ ผฟู ง อตั ราการถายโอนพลังงาน เสียงของแหลงกาํ เนดิ คือปรมิ าณพลงั งานเสยี งทสี่ งออกมาแหลง กาํ เนิดในหนึง่ หนวยเวลา ซึ่ง เรยี กวา กาํ ลงั เสียง มีหนวยเปนจลู ตอวินาที หรือ วัตต ในกรณีที่ระยะทางเทากันผฟู งจะไดยินเสียงจาก แหลงกาํ เนิดเสียงทมี่ ีกําลังมากดังกวาแหลงกําเนิดเสียงทีม่ ีกาํ ลงั นอ ย 8.8.1 ความเขม เสยี ง เราอาจพิจารณาไดว า หนา คลนื่ ของเสยี งท่ีออกจากแหลงกาํ เนิดเสียงมกี ารแผห นาคลนื่ ออกเปน รูปทรงกลม โดยมีจุดกําเนิดเสียงอยูทจ่ี ุดศูนยก ลางของทรงกลม กําลงั ของคลนื่ เสียงทแี่ หลง กําเนิดเสียง สงออกไปตอหนงึ่ หนว ยพืน้ ทข่ี องหนาคลน่ื ทรงกลม เรยี กวา ความเขม เสียง ถา กาํ หนดใหกําลงั เสียงจาก แหลงกําเนิดเสียงมคี าคงตัว ความเขม เสียง ณ ตําแหนงตา ง ๆ หาไดจาก P I = 4πR 2 (8.7) เมอื่ I เปน ความเขม เสยี ง ณ ตาํ แหนง ตาง ๆ มีหนวยเปนวัตตตอตารางเมตร P เปน กาํ ลังเสียงของแหลงกําเนดิ เสยี งมีหนว ยเปนวตั ต R เปนระยะระหวางแหลง กาํ เนิดเสยี งกับตําแหนง ท่จี ะหาความเขม เสยี งมีหนว ย เปน เมตร ถา กําลงั เสียงจากแหลง กําเนดิ มีคาคงตวั สามารถสรุปไดว า 1 I ∝ R2 ตัวอยางท่ี 8.5 เคร่ืองยนตเครื่องหน่ึงมกี ําลังเสียง 100 วัตต ความเขมเสียงทีร่ ะยะหา ง 10 เมตรมคี าเทาใด วธิ ที าํ จาก I = P 4πR 2 100 W I = 4 22 ×10 2 m 2 × 7 = 8 × 10-2 W/m2 คําตอบ ความเขมเสียงทรี่ ะยะหา ง 10 เมตรมีคา เทา กบั 8 × 10-2 วัตตตอตารางเมตร หูมนุษยสามารถตอบสนองความเขม เสยี งต่ําสุดที่ 10-12 วัตตต อ ตารางเมตร ซึ่งจะไดย ินเสียงคอ ย ทสี่ ดุ และความเขมเสียงมากท่ีสดุ ท่ีหมู นุษยสามารถทนฟงไดมคี าความเขมเทากับ 1 วัตตตอ ตารางเมตร ซง่ึ จะไดยินเสียงดงั ท่ีสดุ อาจเปนอันตรายตอ หูได สําหรบั นกั ศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีส่อื สารมวลชน

ฟส กิ สเบื้องตน 89 8.8.2 ระดบั ความเขมเสยี ง การบอกความดังของเสยี งนยิ มบอกในรูปของระดับความเขม เสียง ในหนวยเดซิเบล (dB) โดยเสียง คอยสุดท่ีหูมนุษยไดย นิ คือ 0 dB และเสียงดงั สดุ ทห่ี ูมนษุ ยสามารถทนฟงไดและอาจเปนอนั ตรายตอ หมู ีคา เทากับ 120 dB การวดั ระดับความเขม เสยี งจะใชเครื่องมอื ทช่ี อื่ วา Sound meter ซ่งึ เปนเครื่องมอื ท่ีสามารถอา น ระดบั ความเขมเสยี งเปนเดซิเบลดงั แสดงในรูปที่ 8.12 รปู ท่ี 8.12 ตวั อยา งเคร่อื งวัดระดบั ความเขม เสียง (Sound meter) ความสัมพนั ธร ะหวางความเขม เสยี งและระดับความเขม เสยี ง ความเขมเสียงและระดบั ความเขม เสียงมีความสัมพันธดังสมการ 8.8 L = 10 log⎝⎛⎜⎜ I ⎠⎟⎟⎞ (8.8) I0 เมื่อ I เปนความเขม เสียงท่ีตอ งการวัด มหี นวยเปน วัตตตอ ตารางเมตร I0 เปน ความเขมเสยี งทคี่ อ ยที่สุดทม่ี นุษยไดย ิน มหี นว ยเปนวตั ตตอ ตารางเมตร L เปนระดับความเขม เสยี ง มีหนวยเปน เดซิเบล ตวั อยางที่ 8.6 เสยี งมคี วามเขม 10-5 วตั ตต อตารางเมตร จะมีระดับความเขมเสียงเทาใด วิธีทาํ จาก L = 10 log⎜⎜⎝⎛ I ⎠⎞⎟⎟ I0 = 10 log ⎜⎜⎛⎝ 10 −5 ⎠⎞⎟⎟ 10 −12 = 10 log 107 = 70 dB คําตอบ ระดับความเขม เสยี งมีคา 70 เดซเิ บล สําหรับนักศึกษาคณะสถาปต ยกรรมศาสตร/เทคโนโลยสี อ่ื สารมวลชน

ฟส กิ สเบ้ืองตน 90 8.8.3 ระดบั เสยี ง การไดย ินเสยี งของมนุษยนอกจากข้ึนอยกู ับความเขมเสยี งแลวยงั ขึ้นกับความถขี่ องคล่ืนเสียงอีก ดว ย ความถเ่ี สียงตาํ่ สุดท่มี นษุ ยสามารถไดย ินคือ 20 เฮริ ตซ และความถี่สงู สุดท่ีสามารถไดยินคอื 20,000 เฮริ ตซ เสยี งท่ีมีความถตี่ าํ่ กวา 20 เฮิรตซ เราเรยี กวา คล่นื ใตเสยี งหรอื อินฟราซาวด ซึ่งเกดิ จากแหลงกําเนดิ เสยี งขนาดใหญ เชน การส่ันสะเทอื นของสิ่งกอ สราง สวนเสียงท่มี ีความถสี่ ูงกวา 20,000 เฮิรตซ เราเรยี กวา คลน่ื เหนือเสียงหรือ อัลตราซาวด นอกจากน้ีแหลง กําเนิดเสียงตา ง ๆ ก็ใหเสยี งท่มี ีชวงทมี่ ีความถีต่ างกัน ออกไป ดงั แสดงตอไปนี้ เสียงที่มีความถี่นอ ยคนทว่ั ไปเรียกวาเสียงทมุ สว นเสยี งท่ีมคี วามถีส่ งู คนทวั่ ไปเรยี กวา เสียงแหลม การแบงระดับจะใชความถีใ่ นการแบง การแบงเสยี งดนตรีทางวทิ ยาศาสตรแ สดงดงั ตารางที่ 8.2 ตารางท่ี 8.2 แสดงการแบงเสียงดนตรีทางวิทยาศาสตร ระดับเสยี งดนตรี C D E F G(ซอล) A B C/ (โด) (เร) (ม)ี (ฟา) (ลา) (ท)ี (โด) ความถ่(ี Hz) 256 288 320 341 384 427 480 512 สําหรบั นักศกึ ษาคณะสถาปต ยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีส่อื สารมวลชน

ฟส ิกสเ บื้องตน 91 8.8.4 คุณภาพเสยี ง ความถี่เสยี งตาํ่ สดุ ทอี่ อกมาจากแหลงกาํ เนดิ เสียงใด ๆ เรียกวา ความถม่ี ลู ฐาน ของแหลงกาํ เนิด เสียงน้ันหรือฮารม อนกิ ที่ 1 สําหรับความถ่ีอ่นื ๆ ทอ่ี อกมาพรอมกันแตมีความถี่เปนจาํ นวนเทา ของความถ่ีมูล ฐาน เชน เปน 2 เทา ของความถ่มี ูลฐานเรียกวา ฮารม อนิกท่ี 2 บางทเี รียกวา โอเวอรโ ทนที่ 1 ในขณะที่ แหลงกาํ เนิดเสียงตาง ๆ สั่น จะใหเสยี งซ่ึงมีความถค่ี วามถี่มลู ฐานและฮารมอนกิ ตาง ๆ ออกมาพรอมกัน เสมอ แตจํานวนฮารม อนกิ และความเขมเสยี งของแตล ะฮารมอนิกสจ ะแตกตางกันออกไป จงึ ทาํ ใหลกั ษณะ คลื่นเสียงแตกตางกนั สําหรับแตละแหลงกําเนิดเสยี งที่ตางกัน เรียกวา มี คณุ ภาพเสียงตา งกัน 8.8.5 มลภาวะของเสียง บรเิ วณใดทีม่ ีระดบั ความเขมเสียงท่ที าํ ใหหแู ละสภาพจิตใจของผูฟงผดิ ปกติ ถือวาเสยี งในบริเวณนั้น เปน มลภาวะของเสียง กระทรวงมหาดไทยไดก าํ หนดมาตรฐานความเขมเสียงของสถานประกอบการเพ่ือ ไมใหเ กดิ อนั ตรายแกค นงานและผูที่อยูใ กลเคยี งดังตาราง เวลาในการทาํ งาน ระดับความเขมเสยี งท่ีลูกจางไดรับติดตอกัน (ช่วั โมงตอ วนั ) ไมเ กนิ (เดซเิ บล) นอ ยกวา 7 91 7-8 90 มากกวา 8 80 8.8.6 หกู บั การไดยิน หูแบง ออกเปน 3 สวน คือ หูสวนนอก หูสว นกลาง หูสว นใน ดังรปู รูปที่ 8.13 สว นประกอบของหู ภายในหสู วนกลางจะมที อเลก็ ๆ ติดกบั หลอดลม ซึง่ จะทําหนาที่ปรบั ความดันอากาศทง้ั สองดาน ของเยอ่ื แกวหใู หเทากันตลอดเวลา ถา ความดันทงั้ สองขางของเย่ือแกว หไู มเ ทา กันจะทําใหเ กิดอาการหูอื้อ หรือ ปวดหู หสู วนในมสี วนสาํ คญั ตอ การรับฟงเสียง สวนทเี่ ปนทอ กลวงขดเปนรูปคลา ยหอยโขงเรียกวา คลอ เคลยี ภายในทอน้ีมเี ซลขนอยเู ปน จาํ นวนมากทําหนา ทรี่ ับรกู ารส่ันของคลืน่ เสียงทีผ่ านมาจากหูสว นกลาง พรอมทงั้ สงสญั ญาณการรบั รูผานโสตประสาทไปยังสมอง สมองจะทําหนา ทแ่ี ปลงสัญญาณทีไ่ ดร ับ ทาํ ใหเ รา ทราบเกยี่ วกับเสยี งทไ่ี ดย นิ สาํ หรบั นักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยสี ือ่ สารมวลชน

ฟสิกสเ บอ้ื งตน 92 8.9 ปรากฏการณของเสียง 8.9.1 บตี ส บตี สเกิดจากการแทรกสอดของคลนื่ เสียงจากแหลงกาํ เนดิ สองแหลง ท่ีมีความถี่ตา งกันไมม าก เราจะ ไดยนิ เสยี งเปนเสียงที่ดงั คอยสลับกนั ไป โดยปกตหิ ูมนุษส ามารถจาํ แนกบตี สซ่ึงมคี วามถ่ีไมเกนิ 7 เฮิรตซ ถาแหลง กาํ เนิดเสยี งสองแหลงมีความถี่ตา งกันไมเ กนิ 7 เฮริ ตซเม่อื มาซอนทบั กนั จะทาํ ใหเกดิ บตี ส จาํ นวนครงั้ ของเสียงดังทไี่ ดยินในหนง่ึ วินาที เรียกวา ความถีบ่ ีตส ซึง่ หาไดจาก ความถี่บตี ส = Δf = |f1 – f2| เมอ่ื f1 และ f2 เปนความถ่ีของแหลงกําเนดิ เสียงท้งั สอง รปู ท่ี 8.14 การซอ นทบั ระหวางคลนื่ เสียงจากแหลง กําเนิดสองแหลงมผี ลทาํ ใหเกดิ บีตส 8.9.2 การกาํ ทอน เมื่อเราใหว ัตถุสั่นหรือแกวง อยางอิสระ วัตถจุ ะมีความถใ่ี นการสั่น เราเรียกวาความถนี่ ้วี า ความถ่ี ธรรมชาติ การสนั่ อยางอสิ ระในกรณีนีค้ ือ การทเี่ ราออกแรงเพียงครง้ั เดียวแลวปลอยใหวตั ถุเกิดการสน่ั แตถา เราออกแรงหลาย ๆ ครัง้ ความถ่ขี องแรงที่เราใหแกว ตั ถจุ ะมีผลตอการส่นั ของมนั ปรากฏการณท ีเ่ ราใหแรงแก วตั ถุ โดยความถ่ีของแรงทเ่ี ราใหเทา กับความถี่ธรรมชาตขิ องวตั ถุ เราเรียกปรากฏการณน ้วี า การส่ันพอ ง หรือ การกาํ ทอน (resonance) เมื่อเกดิ การกําทอนขน้ึ วัตถุจะมีการสั่นแบบรุนแรง กลาวคือ การสน่ั ของวัตถุ จะมแี อมพลิจูดมากทีส่ ดุ เม่ือเทียบกับการส่นั ดวยความถ่อี ืน่ ๆ ปรากฏการการกาํ ทอนของเสยี ง คือปรากฏการณท ่ีเสียงเคลอ่ื นที่ผานตวั กลางแลวอนุภาคของ ตัวกลางมกี ารสั่นดว ยความถี่เดียวกบั ความถ่ขี องแหลง กําเนดิ เสยี ง ถาเราใหคลื่นเสียงเคล่อื นที่ผานอากาศที่ อยใู นทอ กําทอนซงึ่ มีปริมาตรตางๆ กัน ณ ตําแหนงทเ่ี กดิ การกาํ ทอนเราจะไดยนิ เสียงดังท่ีสุด ในขณะที่เกิด การกําทอนของเสียงในทอ กําทอนจะมีการแทรกสอดระหวางคลื่นเสียงจากแหลง กําเนิดกบั เสียงท่ีสะทอ นจาก ทอกาํ ทอน ทําใหเกดิ คล่ืนนิ่งขน้ึ และระยะทางระหวา งตาํ แหนงถดั กนั ทไี่ ดยนิ เสียงดังสองครั้งจะเทากับ ครึง่ หนึ่งของความยาวคล่นื เสยี ง ดงั รูปที่ 8.15 สําหรับนักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยสี ่ือสารมวลชน

ฟส กิ สเ บื้องตน 93 (ก) (ข) รูปที่ 8.15 ระยะทอี่ นุภาคสั่นออกจากตาํ แหนงเดมิ กบั ตาํ แหนง บนทอ กาํ ทอน ขณะเกดิ การกําทอนของเสียง 8.9.3 ปรากฏการณด อปเพลอรข องเสยี ง ปรากฏการณด อปเพลอรเปน ปรากฏการณทีเ่ กิดขึ้นไดก ับคลืน่ ทุกชนดิ เชน คลน่ื กล คลน่ื แมเ หลก็ ไฟฟา เปน ตน ปรากฏดอปเพลอรเปน ปรากฏการณที่ความถี่ของคลนื่ ปรากฏตอผูสังเกตเปลย่ี นไป จากความถเ่ี ดมิ ซ่งึ เปน ผลมาจากแหลง กําเนิดคลน่ื เคลอ่ื นที่หรอื ผสู ังเกตเคล่อื นท่ี หรอื ท้ังแหลงกาํ เนดิ คลน่ื และผูสงั เกตเคล่ือนท่ี สําหรับคลืน่ เสียง ขณะแหลงกําเนดิ เสียงเคลอ่ื นที่ ความยาวคล่นื ที่อยูด า นหนา แหลง กําเนดิ เสยี งจะ สน้ั ลงและความยาวคล่ืนดา นหลงั แหลงกาํ เนดิ เสยี งจะยาวข้ึน เม่ือเทยี บกับความยาวคลนื่ เสียงขณะท่ี แหลงกาํ เนดิ เสียงอยกู ับที่ ดังนน้ั ถาผสู ังเกตอยดู า นหนาแหลง กําเนิดเสียง จะไดย ินเสียงที่มีความถ่ีสูงกวา ความถ่ีของแหลงกําเนิดเสียง ดังรูปที่ 8.16 (ก) ละถา ผูส ังเกตอยูดานหลังแหลง กําเนิดเสียง จะไดย นิ เสยี งที่มี ความถต่ี า่ํ กวา ความถี่ของแหลงกาํ เนดิ เสียง ดังรปู ท่ี 8.16 (ข) (ก) แหลงกําเนิดเสียงเคล่ือนที่เขา หาผูสังเกต (ข) แหลง กําเนิดเสียงเคล่ือนที่ออกจากผสู งั เกต รปู ท่ี 8.16 ปรากฏการณด อปเพลอรของเสียง ในทางกลับกัน ถา แหลงกาํ เนิดเสียงอยนู ่ิง แตผูสังเกตเคล่ือนท่ีเขาหาหรือออกหา งจากแหลงกําเนิด เสียง ผูสังเกตจะไดยนิ เสยี งที่มีความถี่เปลีย่ นไปความถขี่ องแหลงกําเนิดเสียงเชนกัน โดยผสู ังเกตจะไดย นิ เสยี งทีม่ คี วามถ่ีสงู ข้นึ เมือ่ เคลอ่ื นทเี่ ขาหาแหลง กําเนิดเสียง และผสู งั เกตจะไดยนิ เสียงมีความถีต่ า่ํ ลงเมอ่ื ผฟู ง เคลือ่ นท่ีออกหา งจากแหลงกําเนิดเสียง สําหรบั นักศกึ ษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสอ่ื สารมวลชน

ฟสิกสเ บอื้ งตน 94 8.9.4 คล่นื กระแทก คลืน่ กระแทกเกิดขน้ึ เมื่อแหลงกําเนดิ เสียงเคลือ่ นท่ีดว ยอัตราเร็วมากกวา อตั ราเร็วของคลืน่ เสียง หนา คลืน่ จะอดั ตวั กันในลกั ษณะทีเ่ ปนหนาคลื่นวงกลมเรยี งซอนกันไป โดยแนวหนา คลื่นที่อัดตัวกนั มีลกั ษณะ เปนรปู ตวั V ดังรปู ที่ 8.17 รปู ที่ 8.7 ลกั ษณะหนา คล่ืนกระแทก ในกรณที เี่ ครือ่ งบนิ เคลื่อนท่ดี ว ยอตั ราเรว็ มากกวาอตั ราเร็วของเสียง เปน ผลทําใหเ กดิ เสียงดงั คลาย เสยี งระเบิด ในบริเวณที่คลื่นกระแทกนเี้ คล่อื นท่ีผา นอาจทําใหกระจกหนาตางแตกราวได เสยี งทเี่ กดิ ขนึ้ เรียกวา ซอนิกบมู ภาพเคร่อื งบินไอพน F-18 บินผานทะลุกาํ แพงเสยี ง หรือบินเรว็ เหนือเสียง จะเหน็ คล่ืนกระแทก เกดิ ขนึ้ เปนแนวกรวยอยทู างดา นหลัง สาํ หรบั นกั ศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสอื่ สารมวลชน

ฟสกิ สเบ้ืองตน 95 แบบฝก หดั บทท่ี 8 1. คลืน่ กลเกดิ ขึ้นไดอยา งไร 2. คลน่ื ตามยาวและคลน่ื ตามขวางแตกตางกันอยางไร 3. คลืน่ ตามรูปขา งลาง กราฟเสนเตม็ และเสนประเปนรปู รางของคล่ืนที่เวลา t = 0 และ t = 0.2 วินาที ตามลาํ ดบั ถามวา คล่ืนน้ี ก. มีความยาวคล่ืนเทาใด ข. มีความเร็วเทาใด ค. มีความถเี่ ทา ใด ง. มคี าบเทาใด 4. คลื่นนํา้ เคลอ่ื นท่ีเขากระทบฝงนบั ได 15 ลูกคลืน่ ทกุ ๆ 10 วนิ าที ถา ระยะระหวางสนั คล่ืนท่ีตดิ กันเทากับ 3 เมตร คล่ืนนํา้ นี้จะมคี วามเร็วเทา ใด 5. คล่นื ในตัวกลางหนึ่ง ถา เพมิ่ ความถ่ีเปน 2 เทา ความยาวคลน่ื จะเปน เทาใด 6. คล่ืนขบวนหน่งึ มีระยะจากสันที่ 1 ถงึ สนั ที่ 5 ยาว 10 เซนตเิ มตร และมคี วามถ่ี 50 เฮริ ตซ จงหาอัตราเร็ว ของคลืน่ 7. คลืน่ เคล่อื นท่จี ากตัวกลางหนง่ึ ไปยังอีกตัวกลางหนงึ่ โดยมีมุมตกกระทบ 30 องศา จะเกิดมุมหกั เห 45 องศา ถา คลืน่ นี้มมี มุ ตกกระทบ 45 องศา จะเกิดมุมหักเหเทา ใด 8. บอลลูนเคลื่อนทขี่ น้ึ ดว ยความเร็วสมํ่าเสมอ 20 เมตรตอ วินาที ขณะท่อี ยูสูงจากพนื้ ดนิ ระยะหนงึ่ ไดส ง คลื่น เสียงความถี่ 1000 เฮิรตซ ลงมา และไดรับสัญญาณเสียงที่สะทอ นกลับเม่ือเวลา 4 วนิ าที จงหาวา ขณะทส่ี ง คลื่นเสียง บอลลูนอยูสงู จากพื้นเดิมเปน ระยะเทาไร ถาความเร็วเสยี งเทากบั 350 วินาที 9. โรงงานผลติ ผลไมกระปองแหง หน่งึ ตอ งการคดั ขนาดของผลไมใ นขณะกําลังไหลผา นมาตามรางน้าํ โดย อาศัยการสะทอนของเสยี งจากเครือ่ งโซนาร โดยตองการแยกผลไมที่มขี นาดใหญกวาและเล็กกวา 7.5 เซนตเิ มตร ออกจากกนั จงหาความถ่ที ีเ่ หมาะสมของคลื่นจากโซนาร (ความเรว็ ของคล่ืนเสียงในนํา้ = 1500 เมตรตอวนิ าท)ี 10. ผขู บั รถยนตค นั หนง่ึ กําลังเปด รายการวิทยฟุ งรายการจากสถานหี นง่ึ อยู ในขณะทร่ี ถกําลงั ว่งิ เขาหาตกึ ใหญข า งหนาดวยความเร็ว 1 เมตรตอวินาที สญั ญาณวิทยุเงยี บหายไป 2 ครง้ั ใน 3 วนิ าที ถา สถานวี ิทยุอยูใ น ทิศทตี่ รงไปขางหลังรถ คลืน่ วิทยนุ ัน้ จะมคี วามยาวคลื่นเทา ไร สาํ หรบั นกั ศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีส่ือสารมวลชน

ฟสิกสเบื้องตน 96 11. ในการปรบั เทยี บเสียเปยโนท่รี ะดับเสยี ง C โดยเทียบกับสอ มเสยี งความถ่ี 256 เฮิรตซ ถาไดยินเสยี งบีตส ความถ่ี 3 คร้ังตอ วนิ าที ความถ่ีทเี่ ปนไปไดข องเปยโนมคี าเทา ใด 12. แมลงตวั หนึ่งบนิ หนใี นแนวเสนตรงดว ยความเรว็ 0.1 เมตรตอวนิ าที จากคนๆหน่งึ ซง่ึ ยืนนิ่งในท่โี ลง อยาก ทราบวา คนนน้ั จะไดยินเสยี งการบินของแมลงนั้นอยไู ดน านกวี่ ินาที กําหนดให อัตราพลงั งานเสียงท่แี มลงนน้ั สง ออกมาในขณะทีบ่ นิ มีคาเทากับ 4π × 10−12 วตั ต ท้งั นก้ี าํ หนดใหด วยวา สียงเบาที่สดุ ทม่ี นุษยไ ดย ินมี ความเขมเสียงเปน 10−12 วัตต 13. ใหนกั ศึกษาทําการทดลองเสมอื จรงิ เร่ืองการเกดิ บตี สที่ http://www.rmutphysics.com/charud/virtualexperiment/explorescience/beats/tonebeats1.htm การทดลองน้ี เรม่ิ ตนใหกดลําโพง ที่ 400 Hz ใหอ ยูใ นสภาวะ on ฟงเสียงความถ่ี ตอไปใหกดลาํ โพง ท่ี 401 Hz ใหอยูในสภาวะ on ทดลองนับความถี่ โดยใชน าฬิกาจบั เวลาใน 20 วินาที วา เกดิ เสียงดัง เปนจังหวะกีค่ ร้ัง นาํ คาท่ไี ดหารดว ย 20 บนั ทึกไวในชองความถบ่ี ีตส 14. ใหนักศึกษาทาํ การทดลองเสมือนจริงเร่ือปรากฏการณดอปเปลอร ที่ http://www.rmutphysics.com/charud/virtualexperiment/virtual1/doppler/19537/java/Dopplerthai.html ใหนักศึกษาตอบคาํ ถามทายการทดลองสงอาจารย สําหรับนกั ศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีส่ือสารมวลชน

ฟส ิกส 1(ภาคกลศาสตร( หนังสอื อิเลก็ ทรอนิกส ฟส กิ ส 1 (ความรอ น) ฟสกิ ส 2 กลศาสตรเ วกเตอร โลหะวทิ ยาฟสิกส การทดลองเสมอื น ฟสิกส 2 (บรรยาย( แบบฝกหัดกลาง เอกสารคําสอนฟส ิกส 1 ฟสกิ สพศิ วง ความรูรอบตวั แกป ญ หาฟสิกสดวยภาษา c ทดสอบออนไลน สอนฟส ิกสผานทางอินเตอรเน็ต หนา แรกในอดีต เอกสารการสอน PDF วีดโี อการเรยี นการสอน แบบฝก หดั ออนไลน แผนใสการเรยี นการสอน กจิ กรรมการทดลองทางวิทยาศาสตร บทความพิเศษ พจนานุกรมฟสกิ ส สุดยอดสิง่ ประดษิ ฐ ธรรมชาตมิ หศั จรรย ตารางธาตุ)ไทย1) 2 (Eng) การทดลองมหัศจรรย ลับสมองกับปญ หาฟส ิกส สูตรพืน้ ฐานฟสิกส แบบฝกหัดโลหะวิทยา ดาราศาสตรร าชมงคล ความรรู อบตัวท่ัวไป แบบทดสอบ อะไรเอย ? ทดสอบ)เกมเศรษฐี( คดปี รศิ นา ขอสอบเอนทรานซ เฉลยกลศาสตรเวกเตอร คาํ ศัพทประจําสัปดาห ผไู ดร ับโนเบลสาขาฟส ิกส การประดิษฐแของโลก นักวทิ ยาศาสตรไทย นักวิทยาศาสตรเทศ ดาราศาสตรพ ิศวง การทาํ งานของอปุ กรณทางฟสกิ ส การทาํ งานของอุปกรณตา งๆ

การเรยี นการสอนฟสกิ ส 1 ผา นทางอินเตอรเน็ต 1. การวัด 2. เวกเตอร 3. การเคลอ่ื นทแ่ี บบหนง่ึ มิติ 4. การเคล่ือนที่บนระนาบ 5. กฎการเคลือ่ นทีข่ องนวิ ตัน 6. การประยกุ ตกฎการเคลือ่ นท่ีของนวิ ตนั 7. งานและพลังงาน 8. การดลและโมเมนตมั 9. การหมุน 10. สมดุลของวัตถุแข็งเกรง็ 11. การเคลื่อนที่แบบคาบ 12. ความยืดหยนุ 13. กลศาสตรข องไหล 14. ปรมิ าณความรอ น และ กลไกการถา ยโอนความรอน 15. กฎขอทหี่ นงึ่ และสองของเทอรโ มไดนามิก 16. คณุ สมบัติเชิงโมเลกุลของสสาร 17. คล่ืน 18.การส่นั และคล่ืนเสยี ง การเรยี นการสอนฟสกิ ส 2 ผา นทางอินเตอรเน็ต 1. ไฟฟาสถติ 2. สนามไฟฟา 3. ความกวา งของสายฟา 4. ตัวเกบ็ ประจแุ ละการตอ ตัวตานทาน 5. ศกั ยไฟฟา 6. กระแสไฟฟา 7. สนามแมเ หลก็ 8.การเหนี่ยวนาํ 9. ไฟฟากระแสสลบั 10. ทรานซิสเตอร 11. สนามแมเ หลก็ ไฟฟา และเสาอากาศ 12. แสงและการมองเหน็ 13. ทฤษฎสี มั พัทธภาพ 14. กลศาสตรค วอนตัม 15. โครงสรา งของอะตอม 16. นิวเคลยี ร การเรยี นการสอนฟสกิ สท่วั ไป ผานทางอนิ เตอรเน็ต 1. จลศาสตร )kinematic) 2. จลพลศาสตร (kinetics) 3. งานและโมเมนตัม 4. ซิมเปลฮารโมนิก คลื่น และเสียง 5. ของไหลกับความรอ น 7. แมเ หล็กไฟฟา 6.ไฟฟาสถติ กับกระแสไฟฟา 9. ทฤษฎสี มั พทั ธภาพ อะตอม และนวิ เคลยี ร 8. คลื่นแมเ หลก็ ไฟฟา กบั แสง ฟส กิ สร าชมงคล