คลื่น

PHOTO BOOK WAVE นางสาวชญานิศ ตรีโรจน์ ม.5/2 เลขที่ 23 นางสาวอัญธิกา กองกิ่ง ม.5/2 เลขที่ 24

สารบัญ 03 03 ปรากฏการ์ณและชนิดของคลื่น 04 07 - ความหายของคลื่น 07 08 - ชนิดของคลื่น ส่วนประกอบของคลื่น 09 09 - ส่วนประกอบของคลื่น 10 - เฟส 11 11 การแผ่หน้าคลื่น 11 11 - หลักการของฮอยล์เกนส์ - การรวมกันและซ้อนทับกันของคลื่น 12 คำนวณ 12 17 - อัตราเร็ว 21 - ความถี่ 24 - ความยาวคลื่น สมบัติของคลื่น - การสะท้อน - การหักเห - การแทรกสอด - การเลี้ยวเบน

คลื่น [ wave ] ความหมาย เป็นปรากฎการณ์ส่งถ่ายพลังงานไปเรื่อยๆ จากแหล่งกำเนิดที่ถูกรบกวนโดย จะพาพลังงานไปด้วย แต่ตัวกลางที่เคลื่อนที่ผ่านจะไม่ได้เคลื่อนที่ตามคลื่นไป แต่จะเคลื่อนที่แบบสั่นอยู่ตำแหน่งเดิม Ex. ใบไม้บินผิวน้ำ https://tuemaster.com/blog/ธรรมชาติของคลื่นและชนิ/ เวลาคลื่นน้ำผ่านมาใบไม้ก็จะสั่นขึ้นลงอยู่กับที่พอคลื่นน้ำผ่านไป ใบไม้มันก็จะอยู่นิ่งๆ เหมือนเดิม https://th.lovepik.com/image-500532719/ 03

ชนิดของคลื่น Wave Type 1.แบ่งตามการอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ 1.1 คลื่นกล ต้องใช้ตัวกลางในการเคลื่อนที่ Ex. คลื่นเสียง Ex. คลื่นในเส้นเชือก 1.2 คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ไม่ต้องใช้ตัวกลางในการเคลื่อนที่ Ex. 04

ชนิดของคลื่น Wave Type 2.แบ่งตามทิศการเคลื่อนที่ของคลื่นและการสั่นของตัวกลาง 2.1 มีการเคลื่อนที่หรือสั่นของตัวกลาง คลื่นตามขวาง เป็นแนวตั้งฉากกับทิศทาง Ex. 2.2 https://sites.google.com/site/krutomph คลื่นตามยาว มีการเคลื่อนที่หรือการสั่นของตัวกลางซึ่ง เคลื่นที่ไป-กลับ เป็นแนวเดียวกับทิศทาง Ex. https://www.google.com/url?sa=i&url=http%3A%2F%2Fwww.pk.ac.thp1.pdf 05

ชนิดของคลื่น Wave Type 3.แบ่งตามลักษณะการเกิดคลื่น 2.1 คลื่นที่แผ่ออกไปทีเดียวแล้วไม่มีอีก คลื่นดล คลื่นที่เกิดจากการสั่นเพียงครั้งเดียว คลื่นดลวงกลม คลื่นดลเส้นตรง การแตะผิวน้ำหนึ่งครั้ง คลื่นน้ำที่ถูกรบกวนเพียงครั้งเดียว https://www.canva.com/media/MAEEk14lE2I https://www.canva.com/media/MAEOa39joNY https://curadio.chula.ac.th/Images https://curadio.chula.ac.th/Images 2.2 คลื่นที่แผ่ออกไปอย่างต่อเนื่อง คลื่นต่อเนื่อง ผิวน้ำถูกรบกวนเป็นจังหวะต่อเนื่อง จะทำให้คลื่นผิวน้ำเคลื่อนที่ออกจากตัวกำเนิดตลอดเวลา คลื่นต่อเนื่องวงกลม คลื่นต่อเนื่องเส้นตรง https://curadio.chula.ac.th/Images/Class-Onair/sc/ http://digital_collect.lib.buu.ac.th/dcms/files/56920176.pdf 2018/2019-02-14-2559-d940179.pdf 06

ส่วนประกอบของคลื่น 1.สันคลื่น [crest] a 2.ท้องคลื่น [trough] 3.แอมพลิจูด [amplitude] 4.ความยาวคลื่น [wavelength] [ ] 5.คาบ [period] [T] 6.ความถี่ [frequency ] [f ] 7.การกระจัด [displacement] 8.หน้าคลื่น [wave front] 9.อัตราเร็ว [wave speed] 07

เฟส [ phase ] เฟสตรงกัน คือ จุดต่างๆบนคลื่นที่มีการกระจัดเท่ากัน มีทิศไปทางเดียวกัน เมื่อนำมาทับกัน จะทับกันได้พอดี ซึ่งจุดที่มีเฟสตรงกันจะมีเฟสต่างกัน 2n โดย n คือจำนวนเต็มใดๆ เช่น จุด 1 มีเฟสตรงกับจุด 5 9 จุด 2 มีเฟสตรงกับ 6 เฟสต่างกัน คือ จุดต่างๆบนคลื่นที่มีการกระจัดตรงกันข้าม ซึ่งจุดที่มีเฟสตรงข้ามกัน จะมีเฟสต่างกัน [2n+1] เช่น จุด 1 มีเฟสตรงข้ามกับจุด 3 7 จุด 2 มีเฟสตรงข้ามกับจุด 4 8 08

การแผ่ของหน้าคลื่น ฮอยล์เกนส์ Huygens หลักการของฮอยล์เกนส์ กล่าวว่า \" จุดทุกจุดบนหน้าคลื่น ถือเป็นแหล่งกำเนิดคลื่นใหม่ \" https://www.bloggang.com/m/ viewdiary.php?id=vinitsiri&month=01 หน้าคลื่นเดิม หน้าคลื่นใหม่ หน้าคลื่นเดิม หน้าคลื่นใหม่ คลื่นหน้าตรง หน้าคลื่นวงกลม 09

การแผ่ของหน้าคลื่น 1.การซ้อนทับแบบเสริมกัน เกิดจากการที่คลื่นมีการกระจัดไปทางเดียวกัน ทำให้เกิดการซ้อนทับกัน Ex. สันคลื่นพบกับส้นคลื่น Ex. ท้องคลื่นพบกับท้องคลื่น 2.การซ้อนทับแบบหักล้างกัน เกิดจากคลื่นมีการกระจัดไปทิศตรงกันข้ามกัน Ex. 10

คำนวณ อัตราเร็ว [ v ] ความยาวคลื่น [ ] ความถี่ [f] v= s t v= f = t Ex. คลื่นขบวนหนึ่งเคลื่อนที่ได้ 10 เมตร ในเวลา 2 วินาที คลื่นขบวนนี้มีระยะระหว่าง สันคลื่นถึงสันคลื่นที่ติดกัน 2 เมตร จงหา 1.1 อัตราเร็วของคลื่น 1.2 ความยาวคลื่น 1.3 ความถี่ v = s = 2m v= f t 5 = f (2) f = 2.5 Hz v = 10 2 v = 5 m/s 11

สมบัติของคลื่น Wave Properties 1.การสะท้อน (reflection) คลื่นเคลื่อนที่ไปเจอสิ่งกีดขวาง แล้วไม่สามารถเคลื่อนที่ต่อไปได้เลยสะท้อน กลับมายังตัวกลางเดิม v, λ, ƒ มีค่าเท่าเดิม กฎการสะท้อน 1.รังตกกระทบ รังสีสะท้อน เส้นปกติ อยู่ระนาบเดียวกัน 2.มุมตกกระทบ = มุมสะท้อน เสมอ การสะท้อนของคลื่นน้ำ 1.1 ได้คลื่นสะท้อนหน้าตรง คลื่นหน้าตรงที่สะท้อน จากผิวสะท้อนเรียบตรง เส้นแนวฉาก รังสีตกกระทบ รังสีสะท้อน หน้าคลื่นตกกระทบ หน้าคลื่นสะท้อน 12

สมบัติของคลื่น Wave Properties 1.2 ได้คลื่นสะท้อนวงกลม คลื่นวงกลมสะท้อนจาก ผิวสะท้อนเรียบตรง เส้นแนวฉาก หน้าคลื่นตกกระทบ รังสีสะท้อน 1.รังตกกระทบ รังสีสะท้อน เส้นปกติ อยู่ระนาบเดียวกัน 2.มุมตกกระทบ = มุมสะท้อน เสมอ รังสีตกกระทบ หน้าคลื่นสะท้อน 1.3 ได้คลื่นสะท้อนวงกลม คลื่นหน้าตรงสะท้อน จากผิวสะท้อนเโค้ง รังสีตกกระทบ รังสีตกกระทบ หน้าคลื่นตกกระทบ หน้าคลื่นตกกระทบ รังสีสะท้อน หน้าคลื่นสะท้อน รังสีสะท้อน หน้าคลื่นสะท้อน 13

สมบัติของคลื่น Wave Properties 1.4 คลื่นวงกลมสะท้อนจาก ได้คลื่นสะท้อนวงกลม ผิวสะท้อนโค้ง รังสีตกกระทบ หน้าคลื่นตกกระทบ รังสีสะท้อน หน้าคลื่นสะท้อน 1.5 คลื่นวงกลมสะท้อนจาก ได้คลื่นสะท้อนหน้าตรง ผิวโค้งรูปพาราโบลา รังสีสะท้อน หน้าคลื่นสะท้อน หน้าคลื่นตกกระทบ รังสีตกกระทบ 14

สมบัติของคลื่น Wave Properties 1.6 คลื่นหน้าตรงสะท้อนจาก ได้คลื่นสะท้อนวงกลม ผิวโค้งรูปพาราโบลา รังสีตกกระทบ หน้าคลื่นตกกระทบ รังสีสะท้อน 1. รังตกกระทบ รังสีสะท้อน เส้นปกติ อยู่ระนาบหเนด้าีคยลื่นวสกะัท้นอน 2.มุมตกกระทบ = มุมสะท้อน เสมอ การสะท้อนของคลื่นในเส้นเชือก ปลายตรึง คือ จุดสะท้อนไม่สามารถเคลื่อนได้ คือ จุดสะท้อนสามารถเคลื่อนได้อิสระ เชือกถูกมัดไว้แน่น ขยับให้เคลื่อนขึ้นลงไม่ได้ ปลายอิสระ ขยับเชือกให้เคลื่อนขึ้นลงได้ เฟสกลับ 180 องศา คลื่นสะท้อนกลับสันคลื่น เฟสคงเดิม คลื่นเคลื่อนมายังไงก็สะท้อนกลับ ลงด้านล่าง แบบเดิม ลักษณะคลื่นไม่เปลี่ยน 15

สมบัติของคลื่น Wave Properties การสะท้อนเสียงเรากับกำแพง https://www.google.com/url?sa=i&url=https การสะท้อนเสียงของคลื่นโซนาร์ https://sites.google.com/site/krutomphysics4/hnwy-kar-reiyn-ru9/ 16 เครื่องโซนาร์ส่งคลื่นเสียงที่มีความถี่สูงเกินกว่าหูมนุษย์จะได้ยิน ผ่านไปในน้ำ เมื่อเสียงนั้นเดิน ทางไปกระทบวัตถุ เช่น สิ่งมีชีวิต เรือดำน้ำ หรือพื้นทะเล ก็จะสะท้อนกลับมาเข้าเครื่องรับ เครื่องรับ จะทำการวัดช่วงเวลาที่เสียงเดินทางไป และกลับ หลังจากนั้นจึงคำนวณหาระยะทางของวัตถุจาก ความเร็วของคลื่นเสียงใต้น้ำ

สมบัติของคลื่น Wave Properties 2.การหักเห (refraction) λ เปลี่ยน คลื่นตกตั้งฉากกับรอยต่อตัวกลาง v เปลี่ยน แต่ ƒ เท่าเดิม รอยต่อตัวกลาง คลื่นไม่เปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ V เปลี่ยน λ เปลี่ยน ƒ คงที่ 17

สมบัติของคลื่น Wave Properties คลื่นตกตั้งฉากกับรอยต่อตัวกลาง เส้นปกติ หน้าคลื่นตกกระทบ คลื่นเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ รังสีตกกระทบ รอยตตั่วอกระลหาวง่าง V เปลี่ยน λ เปลี่ยน ƒคงที่ มุมตกกระทบและมุมหักเหดูได้จาก หน้าคลื่นกระทำกับแนวรอยต่อ รังสีตกกระทบ หรือรังสีหักเห กระทำกับเส้นปกติ รังสีหักเห หน้าคลื่นหักเห 1.คลื่นตกกระทบ เส้นแนวฉาก คลื่นหักเห อยู่ระนาบเดียวกัน กฎการหักเห 2. อัตราส่วนของค่า sineของมุมตกกระทบต่อค่า sine ของ มุมหักเหสำหรับตัวกลางคู่ๆ หนึ่ง จะมีค่าคงที่เสมอ กฎของสเนลล์ Snell's law sinθ⁡ 1 = V1 = λ1 sinθ⁡ 2 V2 λ2 https://www.sciencephoto.com/media/916956 18

สมบัติของคลื่น Wave Properties การหักเหของคลื่นจาก น้ำตื้นไปยังน้ำลึก เบนออก น้ำต้ืน λ น้อย, V น้อย, ƒ น้อย น้ำลึก λ มาก, V มาก, ƒ มาก การหักเหของคลื่นจาก น้ำลึกไปยังน้ำตื้น เบนเข้า 19

สมบัติของคลื่น Wave Properties ตัวอย่างการหักเห ของคลื่นในชีวิตประจำวัน https://www.youtube.com/watch?v=NOnK62gMIH8 การเคลื่อนที่เข้าหาชายฝั่งของคลื่นในน้ำลึก คลื่นเคลื่อนที่จากบริเวณน้ำลึกเข้าหาชายฝั่งซึ่งเป็นน้ำตื้น เมื่อคลื่นเคลื่อนมา ถึงน้ำตื้นแล้วคลื่นจะเคลื่อนช้าลง ความยาวคลื่นลดลง ในขณะที่คลื่นในน้ำลึกยัง คงเคลื่อนที่มาหาชายฝั่งเรื่อยๆ ด้วยอัตราเร็วเท่าเดิม 20

สมบัติของคลื่น Wave Properties 3.การแทรกสอด (Interference) แหล่งกำเนิดอาพันธ์ 1.การแทรกสอดแบบสริมกัน เกิดจากสันคลื่นเจอสันคลื่น ทำให้สันคลื่นสูงขึ้น เกิดจากท้องคลื่นเจอท้อนคลื่น ทำให้ท้องคลื่่นลึกลง ตำแหน่งที่มาเจอกัน เรียก ปฏบั พ (antinode = A) เส้นที่ลากผ่านระหว่างปฏิบัพ เรียก เส้นปฏิบัพ (antinodeline) เท่ากัน 2.การแทรกสอดแบบหักล้างกัน เกิดจากสันคลื่นเจอท้องคลื่น ทำให้เกิดการหักล้าง คลื่นเลยราบลงไป ตำแหน่งที่สันคลื่นเจอท้องคลื่น เรียก บัพ (node = N) เส้นที่ลากผ่านระหว่างบัพ เรียก เส้นบัพ (nodeline) 21

สมบัติของคลื่น Wave Properties เฟสตรงกันจะมีแนวกลางเป็น A0 เฟสต่างกันจะมีแนวกลางเป็น N0 สันคลื่น ท้องคลื่น สันคลื่น ท้องคลื่น การแทรกสอดของคลื่นที่มีเฟสตรงกัน การแทรกสอดของคลื่นที่มีเฟสต่างกัน คลื่นนิ่ง (standing wave) สูตร L= n 2 http://www.pk.ac.th/main2/teacher/p6.pdf 22

สมบัติของคลื่น Wave Properties ตัวอย่างการแทรกสอดของคลื่นในชีวิตประจำวัน https://safety4sea.com/cm-do-you-know-what- https://www.maritime-executive.com/editorials/reducing- the-bulbous-bow-is-for/ bow-waves-on-ships-sailing-through-waterways หัวเรือแบบกระเปาะ (Bulbous bow) B A Bulbous bow หัวเรือแบบกระเปาะจะสร้างคลื่นลูกใหม่ที่หน้าหัวเรือ ความแรงของคลื่นลดลง (คลื่น B) คลื่นที่เกิดขึ้นใหม่จะไปแทรกสอดกับคลื่นลูกเดิม แรงต้านทานและแรงลากจากคลื่นจะลดลง (คลื่น A) ที่เกิดจากตัวเรือ แล้วเกิดการหักล้างกัน 23

สมบัติของคลื่น Wave Properties 4.การเลี้ยวเบน (diffraction) 4.1 การเลี้ยวเบนของคลื่นหน้าตรง เมื่อคลื่นเลี้ยวเบนแล้วจะได้หน้าคลื่นเป็นรูป ผ่านขอบสิ่งกีดขวาง วงกลม สิ่งกีดขวาง หน้าคลื่น ที่เลี้ยวเบน 24

สมบัติของคลื่น Wave Properties 4.2 กรณีที่ d > λ d = ความกว้างของสลิต กรณีที่ d ≤ λ การเลี้ยวเบนของคลื่นหน้าตรง λ = ความยาวคลื่น ช่องเปิดเดี่ยว กรณีที่ d > λ กรณีที่ d ≤ λ 4.3 การเลี้ยวเบนของคลื่นหน้าตรง เมื่อคลื่นเลี้ยวเบนแล้วจะได้หน้าคลื่นเป็นรูป ผ่านช่องเปิดคู่ วงกลมและเกิดการแทรกสอดกัน 25

สมบัติของคลื่น Wave Properties ตัวอย่างการเลี้้ยวเบน ของคลื่นในชีวิตประจำวัน http://www.mitrearth.org/11-6-beach-and-breakwater/ http://www.mitrearth.org/11-6-beach-and-breakwater/ เขื่อนกันคลื่น (Breakwater) จะช่วยลดความรุนแรงของคลื่นที่จะมาปะทะชายฝั่ง โดยการวางแนวกองหินล้อไปกับชายฝั่ง เมื่อคลื่นเคลื่อนที่มาปะทะที่แนวเขื่อนกันคลื่น คลื่นบางส่วนจะแผ่เข้าหาชายฝั่งแล้วเกิดการเลี้ยวเบนเกิดเป็นคลื่นวงกลมทำให้ชายฝั่งโค้ง เว้าไปด้วยและจุดกำเนิดคลื่นใหม่ (ตามหลักการของฮอยเกนส์) จะเริ่มที่ระนาบของหัวหาด ทั้งสองฝั่ง ทำให้คลื่นที่ปะทะเข้ามาใหม่จะอ่อนกำลังลง และชายฝั่งจะไม่ถูกกัดเซาะเพิ่มอีก 26