เอกสารประกอบการสอนวิชาฟิสิกส์พื้นฐาน1

สว่ นประกอบของหูท่เี ก่ยี วข้องกับการไดย้ นิ หขู องคนเราแต่ละขา้ งแบง่ ออกเป็น 3 ช้ันคือ หชู ัน้ นอก หูชั้นกลาง และหชู นั้ ใน 1.หูชั้นนอก ประกอบไปดว้ ย 1.1 ใบหู เปน็ กระดูกออ่ นที่หุ้มดว้ ยผิวหนังบางๆ ทาหนา้ ท่ีดกั และรับเสียงเข้าสรู่ ูหู 1.2 รูหู เป็นทอ่ คดเคี้ยวเลก็ น้อย ลึกประมาณ 2.5 ซม. ผนังของรูหบู ุดว้ ยเยื่อบาง และใต้เย่อื อ่อนนีเ้ ต็มไปดว้ ย ต่อมน้ามนั ทาหนา้ ที่ขบั ไขมนั เหนียวและเหลว มาหล่อเล้ยี งรูหู ไขมันเหล่าน้เี ม่ือรวมกับส่ิงสกปรกต่างๆก็จะ กลายเป็น ขี้หู ซึ่งจะชว่ ยปอ้ งกนั สิ่งแปลกปลอมทีเ่ ข้ามาทางรูหูไม่ใหเ้ ข้าถงึ เยื่อแกว้ หูได้ง่าย 1.3 เยื่อแก้วหู เป็นเยื่อบางๆ อยูล่ กึ เขา้ ไปในส่วนของรหู ู ก้ันอยู่ระหวา่ งหูชนั้ นอกและหูช้ันกลาง ทาหนา้ ท่ีรับ แรงส่ันสะเทือนของคลืน่ เสียงทเ่ี ดินทางเข้ามาทางรหู ู 2.หชู ั้นกลาง อยถู่ ัดจากเย่ือแกว้ หู มีลกั ษณะเปน็ โพรงอากาศบรรจกุ ระดูกเลก็ ๆ 3 ชน้ิ ติดตอ่ กนั คือกระดูกค้อน อยูต่ ิดกับเย่ือแกว้ หู กระดูกทั่ง อย่ตู รงกลาง และกระดูกโกลน อยตู่ ิดกับหชู ้นั ใน ส่วนล่างของโพรงอากาศตอน ปลายของหูช้ันกลางจะมีทอ่ ยูสเตเชย่ี น (Eustachian tube) ซึง่ มลี กั ษณะเป็นชอ่ งอากาศแคบๆ และยาวตอ่ ไป ถึงคอ ทาหน้าที่ปรับความกดอากาศ ข้างในและข้างนอกหใู หม้ คี วามสมดลุ กัน ทาใหเ้ ราไมป่ วดหูเวลาอากาศ เข้าไปกระทบ แก้วหขู ณะที่มีการหายใจ หรอื กลืนอาหาร 3.หูชนั้ ใน อยู่ถดั จากกระดูกโกลนเข้ามา หชู ั้นนป้ี ระกอบด้วยอวัยวะทสี่ าคญั 2 ส่วน คือ 3.1 ส่วนที่ทาหนา้ ทร่ี ับเสียง มีลกั ษณะเปน็ ท่อเลก็ ๆ ที่ขดเปน็ วงซ้อนกนั อยหู่ ลายชั้นคล้ายหอยโขง่ ภายในมีท่อ ของเหลวบรรจุอยู่ ตามผนงั ด้านในของท่อมอี วยั วะรับเสยี งอยู่ท่วั ไป 3.2 สว่ นทที่ าหนา้ ที่ควบคมุ การทรงตัว มลี ักษณะเปน็ รูปท่อโคง้ คร่ึงวงกลมเลก็ ๆ 3 วง วางเรยี งตดิ ต่อกันตัง้ ฉากกับผนังภายใน ปลายของคร่ึงวงกลมทั้ง 3 นน้ั อย่ตู ดิ กัน ทอ่ คร่งึ วงกลมทัง้ 3 นบ้ี ุดว้ ยเน้อื เย่ือบางๆ ทม่ี ี ประสาทรบั ความรู้สึกเกีย่ วกบั การทรงตวั กระจายอยู่ สว่ นทเ่ี ปน็ สว่ นท่ีเปน็ ช่องวา่ งภายในท่อครง่ึ วงกลมน้ี บรรจุดว้ ยของเหลว เมื่อเราเคล่ือนไหว ศร๊ ษะ หยู ่อมเอนเอียงไปด้วย ของเหลวท่บี รรจภุ ายในท่อทั้ง 3 น้ี ก็จะ เคล่ือนท่ีตามทิศทางการเอียงของศีรษะ ซ่งึ จะไปกระตนุ้ ประสาทรับความรสู้ ึกเกย่ี วกับการทรงตวั แล้วสง่ ความรู้สกึ ไปยังสมองจึงทาใหเ้ รา ทราบว่ารา่ งกายของเราทรงตวั อย่ใู นลักษณะใด ของเหลวที่บรรจุในท่อครึ่ง วงกลมนี้จะปรบั ไปตามความกดดันของอากาศ ถา้ ความกดดันอากาศเปลี่ยนแปลงกะทนั หนั ของเหลวปรบั ตวั ไม่ ทนั ก็จะทาให้เรามีอาการวิงเวยี น ศรี ษะเมื่อข้นึ ไปอยู่ทส่ี ูงๆอย่างรวดเรว็ เป็นต้น 51

การไดย้ ินเสียง เสยี งท่เี กดิ ข้ึนทุกชนิดมีลักษณะเปน็ คลืน่ เสยี ง ใบหูรับคลน่ื เสียงเข้าสูร่ ูหูไปกระทบเย่ือแก้วหู เยือ่ แกว้ หูถ่ายทอด ความสัน่ สะเทือนของคลื่นเสยี งไปยงั กระดูกค้อน กระดกู ท่ัง และกระดกู โกลน ซงึ่ อย่ใู นหชู ั้นกลางและเลย ไป ยังทอ่ รปู คร่ึงวงกลม แลว้ ต่อไปยังของเหลวในท่อรูปหอยโข่ง และประสาทรบั เสยี งในหูชั้นในตามลาดบั ประสาทรบั เสยี งถูกกระตุน้ แล้วสง่ ความรู้สกึ ไปสสู่ มองเพื่อแปลความหมายของเสียงท่ีไดย้ ิน การได้ยนิ เสียงชัดเจนข้ึนอยู่กับสาเหตุตา่ งๆ ดังนี้ 1. แรงสน่ั สะเทือน เสยี งดงั มากแรงสนั่ สะเทอื นก็มาก 2. ระยะทางจากตน้ กาเนิดเสียงมาถึงหู พลังงานเสยี งจะเคล่ือนท่จี ากแหลง่ กาเนิดทกุ ทศิ ทุกทาง พลังงานเสียงก็ จะเคลอื่ นท่แี ละคอ่ ยๆลดลง จนพลงั งานเสียงหมดไป ดงั นนั้ คนที่อยู่ใกล้กับแหล่งกาเนิดเสียงจะไดย้ ินเสียงท่ี ดงั และชัดเจนกวา่ คนทีอ่ ยู่ไกลออกไป 3. สขุ ภาพของหู หากอวัยวะรบั เสียงเสื่อม เราก็จะไดย้ ินเสียงไมช่ ัดเจน 4. การรบกวนจากเสยี งอืน่ ๆ เชน่ มลี มพัด มวี ัตถุมากั้นทางเดนิ ของเสยี ง มลภาวะของเสียง ความดังของเสยี ง เกดิ จากพลงั งานของการสน่ั ท่ีมากหรือน้อย หากเสียงที่ดงั มากๆ ก่อให้เกดิ ความราคาญ เรยี กวา่ มลภาวะของเสยี ง ความดงั ของเสยี งมหี นว่ ยเปน็ เดซิเบล (dB) โดยมีเคร่ืองวดั ความเขม้ ของเสียง เรยี กวา่ เดซเิ บลมิเตอร์ หากไปที่ท่มี เี สยี งดังมากๆ ควรสวมเครือ่ งป้องกันเสียงทุกครง้ั ประโยชนข์ องเสียง 1. ช่วยในการตดิ ต่อส่ือสาร เช่น วิทยุ โทรศัพท์ การพูดคยุ กัน 2. ช่วยทาใหเ้ กดิ ความบันเทงิ เช่น เสยี งดนตรี เครื่องดนตรชี นิดต่างๆ 3. ประดษิ ฐ์เคร่ืองมือ เชน่ เครอื่ งฟงั การเต้นของหัวใจ คลนื่ แมเ่ หล็กไฟฟ้า เกดิ จากการรบกวนทางแมเ่ หลก็ ไฟฟ้า (Electromagnetic disturbance) โดย การทาให้สนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็กมกี ารเปลยี่ นแปลง เม่ือสนามไฟฟ้ามกี ารเปลย่ี นแปลงจะ เหนยี่ วนาให้เกดิ สนามแมเ่ หลก็ หรือถา้ สนามแม่เหล็กมีการเปลย่ี นแปลงก็จะเหนีย่ วนาให้เกิด สนามไฟฟ้า 52

คลื่นแมเ่ หล็กไฟฟ้าเปน็ คลืน่ ตามขวาง ประกอบด้วยสนามไฟฟา้ และสนามแม่เหลก็ ทีม่ ีการสัน่ ใน แนวตัง้ ฉากกัน และอย่บู นระนาบตั้งฉากกับทิศการเคล่ือนทขี่ องคลน่ื คลืน่ แม่เหล็กไฟฟา้ เปน็ คล่นื ที่เคล่ือนที่โดยไมอ่ าศัยตัวกลาง จึงสามารถเคล่ือนที่ในสุญญากาศได้ สเปกตรัม (Spectrum) ของคลื่นแมเ่ หลก็ ไฟฟา้ จะประกอบด้วยคลื่นแมเ่ หลก็ ไฟฟา้ ที่มคี วามถี่และ ความยาวคลนื่ แตกต่างกัน ซึ่งครอบคลุมตัง้ แต่ คล่นื แสงท่ตี ามองเห็น อลั ตราไวโอเลต อินฟราเรด คล่ืนวิทยุ โทรทศั น์ ไมโครเวฟ รงั สเี อกซ์ รงั สแี กมมา เปน็ ต้น ดังน้ันคลืน่ แม่เหลก็ ไฟฟา้ จึงมีประโยชน์มากในการส่อื สารและโทรคมนาคม และทางการแพทย์ สมบตั ิของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า 1. ไม่ตอ้ งใชต้ วั กลางในการเคลือ่ นที่ 2. อตั ราเร็วของคล่ืนแมเ่ หลก็ ไฟฟา้ ทุกชนิดในสญุ ญากาศเท่ากบั 3x108m/s ซง่ึ เทา่ กบั อัตราเร็วของ แสง 3. เป็นคล่นื ตามขวาง 4. ถ่ายเทพลงั งานจากที่หน่ึงไปอกี ทหี่ นึ่ง 5. ถกู ปลอ่ ยออกมาและถูกดดู กลนื ได้โดยสสาร 6. ไมม่ ีประจุไฟฟา้ 7. คลืน่ สามารถแทรกสอด สะทอ้ น หกั เห และเลย้ี วเบนได้ 1. คล่ืนวทิ ยุ คลื่นวทิ ยมุ คี วามถ่ชี ่วง 104 - 109 Hz( เฮิรตซ์ ) ใช้ในการสื่อสาร คล่ืนวทิ ยุมกี ารสง่ สัญญาณ 2 ระบบ คือ 1.1 ระบบเอเอ็ม (A.M. = amplitude modulation) ระบบเอเอม็ มชี ่วงความถ่ี 530 - 1600 kHz( กิโลเฮริ ตซ์ ) สื่อสารโดยใชค้ ลน่ื เสยี งผสมเข้าไปกับ คล่นื วทิ ยเุ รยี กว่า \"คลื่นพาหะ\" โดยแอมพลจิ ูดของคลื่นพาหะจะเปลีย่ นแปลงตามสญั ญาณคล่นื เสยี ง ในการส่งคลื่นระบบ A.M. สามารถสง่ คลื่นไดท้ ง้ั คล่ืนดินเป็นคลนื่ ท่เี คลือ่ นที่ในแนวเสน้ ตรงขนานกบั ผิว โลกและคลน่ื ฟ้าโดยคล่นื จะไปสะท้อนท่ชี นั้ บรรยากาศไอโอโนสเฟยี ร์ แล้วสะท้อนกลบั ลงมา จงึ ไม่ต้อง ใช้สายอากาศตง้ั สงู รบั 1.2 ระบบเอฟเอ็ม (F.M. = frequency modulation) ระบบเอฟเอ็ม มชี ่วงความถ่ี 88 - 108 MHz (เมกะเฮิรตซ)์ สื่อสารโดยใชค้ ลื่นเสียงผสมเข้ากบั คล่นื พาหะ โดยความถ่ขี องคล่ืนพาหะจะเปลยี่ นแปลงตามสญั ญาณคลืน่ เสียง ในการส่งคลื่นระบบ F.M. สง่ คลืน่ ไดเ้ ฉพาะคลืน่ ดินอย่างเดียว ถา้ ต้องการสง่ ใหค้ ลมุ พนื้ ที่ตอ้ งมสี ถานี ถ่ายทอดและเครือ่ งรับตอ้ งตงั้ เสาอากาศสูง ๆ รับ 2. คลน่ื โทรทัศน์และไมโครเวฟ คลื่นโทรทัศนแ์ ละไมโครเวฟมีความถ่ชี ว่ ง 108 - 1012 Hz มปี ระโยชนใ์ นการสื่อสาร แต่จะไมส่ ะท้อนที่ ชนั้ บรรยากาศไอโอโนสเฟยี ร์ แต่จะทะลุผ่านช้นั บรรยากาศไปนอกโลก ในการถา่ ยทอดสัญญาณ โทรทัศนจ์ ะต้องมีสถานถี า่ ยทอดเป็นระยะ ๆ เพราะสญั ญาณเดนิ ทางเป็นเส้นตรง และผิวโลกมีความ โคง้ ดงั นน้ั สญั ญาณจึงไปไดไ้ กลสุดเพียงประมาณ 80 กิโลเมตรบนผวิ โลก อาจใช้ไมโครเวฟนาสัญญาณ จากสถานสี ง่ ไปยงั ดาวเทียม แลว้ ให้ดาวเทียมนาสัญญาณสง่ ต่อไปยังสถานรี บั ท่ีอย่ไู กล ๆ 53

เนอื่ งจากไมโครเวฟจะสะทอ้ นกบั ผวิ โลหะได้ดี จงึ นาไปใชป้ ระโยชนใ์ นการตรวจหาตาแหน่งของ อากาศยาน เรยี กอุปกรณด์ งั กลา่ วว่า เรดาร์ โดยสง่ สญั ญาณไมโครเวฟออกไปกระทบอากาศยาน และ รบั คลืน่ ทีส่ ะท้อนกลับจากอากาศยาน ทาใหท้ ราบระยะห่างระหวา่ งอากาศยานกับแหล่งสง่ สญั ญาณ ไมโครเวฟได้ 3. รงั สอี นิ ฟาเรด (infrared rays) รังสอี ินฟาเรดมชี ่วงความถี่ 1011 - 1014 Hz หรอื ความยาวคลนื่ ตัง้ แต่ 10-3 - 10-6 เมตร ซ่งึ มีชว่ ง ความถคี่ าบเก่ียวกับไมโครเวฟ รังสอี นิ ฟาเรดสามารถใชก้ ับฟลิ ์มถ่ายรปู บางชนิดได้ และใชเ้ ป็นการ ควบคมุ ระยะไกลหรือรโี มทคอนโทรลกบั เครื่องรบั โทรทัศน์ได้ 4. แสง (light) แสงมีชว่ งความถ่ี 1014Hz หรอื ความยาวคลื่น 4x10-7 - 7x10-7 เมตร เปน็ คลืน่ แม่เหล็กไฟฟ้าท่ี ประสาทตาของมนษุ ยร์ บั ได้ สเปคตรมั ของแสงสามารถแยกไดด้ งั น้ี สี ความยาวคล่นื (nm) มว่ ง 380-450 น้าเงนิ 450-500 เขียว 500-570 เหลอื ง 570-590 แสด 590-610 แดง 610-760 5. รงั สอี ัลตราไวโอเลต (Ultraviolet rays) รงั สีอลั ตราไวโอเลต หรือ รังสีเหนอื มว่ ง มีความถ่ชี ว่ ง 1015 - 1018 Hz เป็นรงั สตี ามธรรมชาติส่วนใหญ่ มาจากการแผร่ งั สีของดวงอาทติ ย์ ซงึ่ ทาใหเ้ กดิ ประจอุ สิ ระและไอออนในบรรยากาศชัน้ ไอโอโนส เฟียร์ รงั สีอลั ตราไวโอเลต สามารถทาให้เช้ือโรคบางชนิดตายได้ แต่มีอนั ตรายต่อผิวหนงั และตาคน 6. รังสเี อกซ์ (X-rays) รงั สีเอกซ์ มคี วามถช่ี ่วง 1016 - 1022 Hz มีความยาวคลน่ื ระหว่าง 10-8 - 10-13 เมตร ซึง่ สามารถทะลุ สิ่งกีดขวางหนา ๆ ได้ หลกั การสรา้ งรงั สเี อกซ์คือ การเปลีย่ นความเรว็ ของอิเลก็ ตรอน มีประโยชน์ทาง การแพทย์ในการตรวจดคู วามผิดปกตขิ องอวยั วะภายในร่างกาย ในวงการอุตสาหกรรมใชใ้ นการ ตรวจหารอยร้าวภายในชิน้ ส่วนโลหะขนาดใหญ่ ใช้ตรวจหาอาวธุ ปืนหรอื ระเบิดในกระเป๋าเดินทาง และศึกษาการจัดเรียงตวั ของอะตอมในผลึก 7. รงั สแี กมมา ( -rays) รังสีแกมมามสี ภาพเป็นกลางทางไฟฟ้ามีความถ่สี ูงกวา่ รังสเี อกซ์ เป็นคลื่นแม่เหลก็ ไฟฟ้าทเี่ กิดจาก ปฏกิ ิริยานิวเคลยี รแ์ ละสามารถกระตุน้ ปฏิกริ ยิ านิวเคลียรไ์ ด้ มอี านาจทะลทุ ะลวงสงู 54

คลน่ื แม่เหล็กไฟฟา้ (Electromagnetic Radiation) คลืน่ แม่เหล็กไฟฟ้าเปน็ รูปแบบ หนงึ่ การถา่ ยเทพลงั งาน จากแหลง่ ที่ มีพลงั งานสงู แผ่รงั สีออกไป รอบๆ โดยมคี ุณสมบัตทิ ี่เกย่ี วข้องกับ คลน่ื แมเ่ หลก็ ไฟฟ้า คือ ความยาว คล่นื (l) โดยอาจวัด เป็น nanometer (nm) หรือ micrometer (mm) และ ความถคี่ ล่ืน (f) ซึ่งจะวดั เปน็ hertz (Hz) โดย คณุ สมบตั ิทั้งสองมคี วามสมั พันธผ์ ่านคา่ ความเรว็ แสง ในรปู c = fl พลงั งานของคลน่ื พิจารณาเป็นความเขม้ ของกาลังงาน หรอื ฟลักซ์ของการแผ่รงั สี (มหี นว่ ยเปน็ พลงั งานต่อ หนว่ ยเวลาต่อหน่วยพืน้ ที่ = Joule s-1 m-2 = watt m-2) ซงึ่ อาจวัดจากความเขม้ ทีเ่ ปล่งออกมา (radiance) หรอื ความเข้มทต่ี กกระทบ (irradiance) จากภาพเปน็ การแสดงชว่ งความยาวคลน่ื ของคลน่ื แมเ่ หลก็ ไฟฟา้ ซง่ึ เครื่องมือวัด (Sensor) ของดาวเทยี ม 55

หรอื อปุ กรณต์ รวจวดั จะออกแบบมาให้เหมาะสมกบั ช่วงความยาวของคลน่ื แม่เหลก็ ไฟฟ้าในช่วงคลน่ื ต่างกัน เช่น  ช่วงรังสแี กมมา (gamma ray : l < 0.1 nm) และช่วงรังสีเอ็กซ์ (x-ray : 0.1 nm < l < 300 nm) เปน็ ช่วงทม่ี พี ลังงานสงู แผ่รังสีจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ หรือจากสารกัมมนั ตรังสี  ชว่ งอลั ตราไวโอเลต เป็นชว่ งท่มี ีพลงั งานสงู เปน็ อันตรายต่อเซลสงิ่ มีชีวติ  ชว่ งคลนื่ แสง เปน็ ชว่ งคลื่นท่ีตามนษุ ย์รับรู้ได้ ประกอบด้วยแสงสมี ว่ ง ไล่ลงมาจนถึงแสงสีแดง  ชว่ งอินฟราเรด เปน็ ชว่ งคลืน่ ทมี่ พี ลังงานต่า ตามนุษยม์ องไม่เห็น จาแนกออกเปน็ อนิ ฟราเรดคลน่ื ส้ัน และอนิ ฟราเรดคลืน่ ความร้อน เอกสารอ้างอิง www.clipvidva.com/hs-guideline/hsphys1-guideline/ www.วทิ ยาศาสตร์ออนไลน์.com/ฟิ สกิ ส์พนื้ ฐาน/ https://krubenjamat2012.wordpress.com/ฟิ สิกส์พนื้ ฐาน/ www.kts.ac.th/kts/science/tutor_science_s02.htm e-book.ram.edu/e-book/inside/html/dlbook.asp?code=PH111 56