wave1

ใบความรู้ : คล่ืน ในระบบใดๆ ก็ตามในธรรมชาติ เม่ือมีการเปล่ียนแปลงไปจากสภาวะสมดุล ณ บริเวณใดบริเวณหน่ึงในระบบ อนั เกิดจากการรบกวนอยา่ งใดอยา่ งหน่ึง แลว้ การเปลี่ยนแปลงน้นั สามารถแพร่ขยายไปยงั ส่วนอื่นๆ ของระบบได้ เราอาจเรียก การแพร่ขยายไปของการเปลี่ยนแปลงน้ีวา่ คลื่น การเปล่ียนแปลงที่แพร่ขยายไปในระบบน้ีอาจเป็ นปริมาณทางฟิ สิกส์อยา่ ง หน่ึงอยา่ งใด เช่น สนามแม่เหล็ก สนามไฟฟ้า ความดนั อากาศ เป็นตน้ สาเหตุท่ีทาให้การแพร่ขยายน้ีเกิดข้ึนไดม้ กั จะเกิดจาก คุณสมบตั ิความยดื หยนุ่ ของตวั กลางในระบบซ่ึงทาใหผ้ ลของการเปลี่ยนแปลงถูกส่งตอ่ ๆ ไปได้ เช่น คลื่นน้า คลื่นเชือก คล่ืน เสียง เป็นตน้ หรืออาจเกิดจากกฎทางธรรมชาติบางอยา่ งโดยไมต่ อ้ งอาศยั ตวั กลางก็ได้ เช่น คลื่นแม่เหลก็ ไฟฟ้า เป็นตน้ โดยทั่วไป คล่ืนที่เคล่ือนท่ีไปในระบบมกั จะพาพลงั งานไปด้วย ดงั นั้นจึงถือว่าคล่ืนเป็นลักษณะหน่ึงของการ ถ่ายทอดพลงั งาน โดยที่ตัวกลางของระบบไม่ได้เคล่ือนที่ตามไปด้วย เราจาแนกคล่ืนตามลกั ษณะต่าง ๆ ได้ดังนี้ จาแนกตามการใช้ตัวกลาง จาแนกได้ 2 ชนิด คือ 1. คล่ืนกล คือ คลื่นท่ีตอ้ งอาศยั ตวั กลางในการเคล่ือนที่ เช่น คล่ืนน้า คล่ืนเสียง คลื่นในเส้นเชือก เป็นตน้ 2. คลื่นแมเ่ หล็กไฟฟ้า คือ คลื่นที่ไม่ตอ้ งอาศยั ตวั กลางในการเคลื่อนที่ เช่น คลื่นวทิ ยุ รังสี UV เป็ นตน้ จาแนกตามลกั ษณะการสั่นของตัวกลาง จาแนกได้ 2 ชนิด คือ 1. คลื่นตามยาว คือ คลื่นท่ีมีการสั่นของตวั กลางในแนวเดียวกบั การเคลื่อนที่ของคลื่น เช่น คลื่นเสียง คลื่นที่ เกิดจากการอดั สปริง เป็นตน้ 2. คลื่นตามขวาง คือ คล่ืนท่ีมีการส่นั ของตวั กลางในแนวต้งั ฉากกบั การเคลื่อนท่ีของคล่ืน เช่น คล่ืนน้า คลื่น ท่ีเกิดจากการสะบดั เชือกหรือสปริง เป็ นตน้ จาแนกการเกดิ คลื่น จาแนกได้ 2 ชนิด คือ 1. คล่ืนดล คือ คลื่นท่ีเกิดข้ึนจากการสน่ั ของแหล่งกาเนิดเพยี ง 1-2 คลื่นแลว้ หายไป 2. คล่ืนตอ่ เนื่อง คือ คลื่นท่ีเกิดข้ึนจากการสนั่ ของแหล่งกาเนิดต่อเน่ืองตลอดเวลา (หลายๆ คล่ืน) page 1

องค์ประกอบของคลื่น สนั คลื่น  หน้าคลื่น แอมพลจิ ดู การกระจดั แนวสมดลุ ท้องคล่ืน การกระจัด คือ ระยะจากระดบั น้าปกติถึงตาแหน่งใดๆ บนคลื่น สันคล่ืน คือ ตาแหน่งสูงสุดของคล่ืน ท้องคลื่น คือ ตาแหน่งต่าสุดของคลื่น แอมพลจิ ูด คือ ความสูงของสนั คลื่นหรือทอ้ งคลื่นวดั จากระดบั ปกติ หน้าคลื่น คือ แนวของสันคล่ืนหรือทอ้ งคลื่น ซ่ึงต้งั ฉากกบั การเคล่ือนที่เสมอ ความยาวคล่ืน () คือ ระยะระหวา่ งสันคลื่นถดั กนั หรือระยะระหวา่ งทอ้ งคลื่นถดั กนั หรือระยะระหวา่ งตาแหน่งใดๆ บนคล่ืนที่มี phase ตรงกนั ความถี่ ( f ) คือ จานวนรอบท่ีคล่ืนมีการสั่นในหน่ึงหน่วยเวลา ( มีหน่วยเป็ น เฮิรตซ์ : Hz หรือ s-1) 1 คาบ ( T ) คือ เวลาที่คลื่นใชใ้ นการเคลื่อนที่ครบ 1 รอบ ( มีหน่วยเป็น วินาที) โดย T = f เฟส (Phase) คือ ตาแหน่งท่ีใชบ้ อกลกั ษณะการสั่นของคลื่น มกั บอกเป็นมุม  อตั ราเร็วของคล่ืน คือ ระยะทางท่ีคล่ืนเคล่ือนที่ไดใ้ นหน่ึงหน่วยเวลา หรือเขียนเป็ นสมการไดว้ า่ v= s t เม่ือ v คือ อตั ราเร็วของคลื่น ----------- > m/s x คือ ระยะทางที่คลื่นเคลื่อนที่ได้ ----- > m t คือ เวลาที่ใชใ้ นการเคล่ือนที่ ------- > s หรืออาจหาอตั ราเร็วของคล่ืนไดจ้ ากสมการ v = f page 2

สมบตั ขิ องคลื่น คล่ืนโดยทวั่ ไปจะมีสมบตั ิ 4 ประการ คือ การสะทอ้ น (Reflection) การหกั เห (Refraction) การแทรกสอด (Interference) การเล้ียวเบน (Diffraction) การสะท้อนของคลื่น การสะทอ้ นของคล่ืนจะเกิดข้ึนเมื่อคลื่นเดินทางไปปะทะส่ิงกีดขวาง เช่น คลื่นน้าเคลื่อนท่ีไปชนกาแพง หรือ คลื่น เชือกเคล่ือนที่ไปชนจุดท่ีเชือกตรึงกบั เสา เป็นตน้ การสะทอ้ นของคลื่นมีหลกั สาคญั คือ มุมตกกระทบ เท่ากบั มุมสะทอ้ น และรังสีตกระทบ รังสีสะทอ้ น และเส้นแนวฉากตอ้ งอยบู่ นระนาบเดียวกนั ดงั รูป เส้นแนวฉาก รังสีสะทอ้ น รังสีตกกระทบ หนา้ คล่ืน 12 สิ่งกีดขวาง มุมตกกระทบกบั มุมสะทอ้ นวดั จากเส้นแนวฉากกบั แนวรังสีตกระทบหรือรังสีสะทอ้ น การหักเหของคล่ืน เมื่อคล่ืนเคลื่อนท่ีผา่ นตวั กลางหน่ึงไปยงั อีกตวั กลางหน่ึงคล่ืนจะเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนท่ีเรียกวา่ การหักเหของ คลื่น สมบตั ิของคลื่นเดียวกนั ในตวั กลางตา่ งชนิดกนั ที่สาคญั คือ ความถี่ของคลื่นคงตัวเสมอ ขณะท่ีความเร็วและความยาว คล่ืนเปล่ียนแปลงได้ การหกั เหของคลื่นที่เคล่ือนท่ีจากบริเวณน้าลึกเขา้ สู่บริเวณน้าต้ืน จากเง่ือนไขความถ่ีตรงกนั สามารถเขียนสมการได้ ดงั น้ี v1 = v2 1 2 หรือ v1 = 1 v2 2 จากการทดลองพบวา่ ความเร็วคลื่นในนา้ ตืน้ น้อยกว่าในนา้ ลกึ และความยาวคลื่นกส็ ้ันกว่าด้วย กรณีคลื่นน้าเคล่ือนท่ีจากบริเวณน้าลึกสู่น้าตื่น โดยท่ีทิศทางไมต่ ้งั ฉากกบั แนวน้าลึกน้าต้ืน จะพบวา่ ทิศทางการ เคล่ือนท่ีของคล่ืนเปลี่ยนไปเนื่องจากความเร็วคล่ืนเปลี่ยนไปนนั่ เอง โดย ถา้ ให้ 1 และ 2 เป็นมุมตกกระทบและมุมหกั เห ตามลาดบั จะไดค้ วามสมั พนั ธ์ดงั สมการ sin1 = 1 = v1 sin2 2 v2 จากการทดลองพบวา่ คลื่นจากน้าลึกเมื่อเคล่ือนท่ีเขา้ สู่น้าตื่นแนวคล่ืนจะหกั เหโดยเบนเข้าหาเส้นแนวฉาก page 3

การแทรกสอดของคล่ืน การแทรกสอดของคลื่นเป็นปรากฏการณ์ท่ีคลื่นสองขบวนเคลื่อนท่ีในตวั กลางเดียวกนั แลว้ มาพบกนั และเกิดการ ซอ้ นทบั กนั ทาใหเ้ กิดการรวมกนั ของคล่ืนแลว้ เกิดคลื่นใหม่ โดยการแทรกสอดของคลื่นเกิดได้ 2 ลกั ษณะ คือ การแทรกสอดแบบเสริม เป็นการแทรกสอดท่ีเกิดในกรณีที่สันคล่ืนหรือทอ้ งคลื่นของคล่ืนสองขบวนมาพบตรงกนั คลื่นที่เกิดใหมจ่ ะมีแอมพลิจูดสูงข้ึน การแทรกสอดแบบหกั ล้าง เป็นการแทรกสอดท่ีเกิดในกรณีที่สันคล่ืนของคล่ืนหน่ึงมาพบกนั ทอ้ งคลื่นของอีกคล่ืน หน่ึง คลื่นที่เกิดใหม่จะมีแอมพลิจูดต่าลง แหล่งกาเนิดอาพนั ธ์ เป็นแหล่งกาเนิดคล่ืน 2 แหล่งท่ีมีความถี่เทา่ กนั อตั ราเร็วและแอมพลิจูดเท่ากนั และผลตา่ งของ เฟสระหวา่ งจุดคู่หน่ึงบนคลื่นคงตวั ตลอด เมื่อคลื่นจากแหล่งกาเนิดอาพนั ธ์เคลื่อนที่มาพบกนั จะเกิดการแทรกสอดท้งั แบบ เสริมและแบบหกั ลา้ งกนั ทาใหเ้ กิด คล่ืนน่ิง โดยคล่ืนนิ่งน้นั จะมีลกั ษณะการส่ันท่ีมีจุดท่ีน้ากระเพอ่ื มมากสุดกบั จุดท่ีน้าไม่ กระเพือ่ มเลยอยตู่ รงตาแหน่งเดิมตลอดเวลา ซ่ึง ตาแหน่งที่ผวิ น้าไมก่ ระเพอ่ื มหรือมีการกระจดั เป็ นศูนยเ์ กิดจากการแทรก สอดแบบหกั ลา้ งกนั เรียกวา่ บพั (node) ส่วนตาแหน่งท่ีผวิ น้ากระเพอื่ มมากที่สุดหรือมีการกระจดั มากท่ีสุดเกิดจากการแทรก สอดแบบเสริมกนั เรียกวา่ ปฏิบัพ (antinode) การเลยี้ วเบนของคลื่น การเล้ียวเบนเป็นปรากฏการณ์ที่คล่ืนเคลื่อนท่ีเปล่ียนทิศทางท้งั ที่เคล่ือนที่ในตวั กลางเดียวกนั โดยท่ีคล่ืนที่เปล่ียนทิศ ไปแลว้ ยงั คงมีความยาวคลื่นและอตั ราเร็วคงเดิม แต่แอมพลจิ ูดลดลง การเล้ียวเบนผา่ นสลิต เป็นตวั อยา่ งการเล้ียวเบนของคล่ืนที่ดี เช่น ใหค้ ลื่นน้าหนา้ ตรงเคลื่อนที่ปะทะสลิตเดี่ยวที่ สามารถปรับความกวา้ งของช่องได้ จะพบการเล้ียวเบนของคลื่นแต่ละกรณีดงั น้ี กรณีท่ี 1 ความกวา้ งของช่องมากกวา่ ความยาวคลื่นมากๆ (d >> ) คล่ืนตรงกลางช่องจะเคล่ือนที่ตรงตามปกติแต่ ตรงขอบช่องแคบของคล่ืนจะเล้ียวเบน โดยคลื่นที่เล้ียวเบนจะมีความยาวคล่ืนเทา่ กบั คลื่นเดิมแตม่ ีแอมพลิจูดนอ้ ยกวา่ กรณีท่ี 2 ความกวา้ งของช่องนอ้ ยกวา่ ความยาวคลื่นมากๆ (d << ) คลื่นเมื่อผา่ นช่องสลิตไปจะเกิดการเล้ียวเบน อยา่ งมาก โดยจะเห็นคล่ืนหนา้ ตรงกลายเป็นคลื่นวงกลม page 4

เสียง เสียงเป็นคล่ืนกลชนิดหน่ึงที่เกิดจากการส่ันสะเทือนของวตั ถุ และจดั เป็นคล่ืนตามยาว สามารถถ่ายโอนพลงั งานการ สัน่ สะเทือนของแหล่งกาเนิดออกไปผา่ นตวั กลางยดื หยนุ่ ไมส่ ามารถเดินทางผา่ นสุญญากาศได้ เนื่องจากเสียงเป็ นคลื่นจึงมี สมบตั ิของคล่ืนครบถว้ น เสียงตา่ งๆท่ีมนุษยไ์ ดย้ นิ ตอ้ งมาจากแหล่งกาเนิดเสียงท่ีส่นั ดว้ ยความถ่ีในช่วง 20 - 20,000 Hz โดย เสียงที่มีความถี่ต่ากวา่ 20 Hz เรียกวา่ อนิ ฟราซาวด์ (Infrasound) ส่วนเสียงท่ีมีความถ่ีมากกวา่ 20,000 Hz เรียกวา่ อลั ตราซาวด์ (Ultrsound) เสียงจาเป็ นตอ้ งมีตวั กลางในการถ่ายทอดเสียงและมีหูเป็นอวยั วะในการรับเสียง ใชเ้ วลาในการเดินทางใน ตวั กลางแตล่ ะชนิดแตกต่างกนั โดยสาหรับในตวั กลางหน่ึงๆ อัตราเร็วเสียงจะคงตวั ถ้าอุณหภมู ิของตวั กลางนัน้ คงตัว ดงั ตาราง ตารางแสดงอตั ราเร็วเสียงในตวั กลางตา่ ง ๆ ท่ีอุณหภูมิ 25 0C ตวั กลาง อตั ราเร็ว (เมตร/วนิ าที) กา๊ ซคาร์บอนไดออกไซด์ 272 อากาศ 346 กา๊ ซไฮโดรเจน 1,339 น้า 1,498 น้าทะเล 1,531 แกว้ 4,540 อะลูมิเนียม 5,000 เหลก็ 5,200 สาหรับในอากาศน้นั นกั วทิ ยาศาสตร์ไดท้ าการศึกษาพบวา่ อตั ราเร็วเสียงในอากาศมีความสมั พนั ธ์กบั อุณหภูมิของ อากาศโดยประมาณ ตามสมการ vt = 331+ 0.6t เมื่อ t คือ อุณหภูมิอากาศในหน่วยองศาเซลเซียส นอกจากน้ีอตั ราเร็วในตวั กลางใดๆ สามารถหาไดจ้ ากสมการคล่ืน นน่ั คือ v = f สมบัติและปรากฏการณ์บางอย่างของเสียง 1. การสะท้อน เมื่อเสียงเคลื่อนที่กระทบสิ่งกีดขวางจะทาใหเ้ กิดการสะทอ้ นข้ึน โดยในการสะทอ้ นน้นั อาจทา เกิดเสียงกอ้ ง ( echo ) เสียงกอ้ งน้นั เกิดจากการที่เสียงเม่ือเคล่ือนท่ีไปกระทบกบั แกว้ หูแลว้ ทาใหแ้ กว้ หูสน่ั ทาใหเ้ ราไดย้ นิ เสียง โดยความรู้สึกการไดย้ นิ เสียงของคนเราน้นั จะใชเ้ วลา 1/10 วนิ าที ดงั น้นั เม่ือเราตะโกนใกลห้ นา้ ผา คลื่นเสียงจากเราจะ เคล่ือนท่ีไปกระทบหนา้ ผาแลว้ สะทอ้ นกลบั ถา้ เสียงสะทอ้ นใชเ้ วลามากกวา่ 1/10 วนิ าที หูเราจะแยกเสียงสะทอ้ นออกจาก เสียงตะโกนได้ ทาใหไ้ ดย้ นิ เสียงสะทอ้ น หรือ เสียงกอ้ ง แต่ถา้ เราอยใู่ กลห้ นา้ ผาเกินไป เสียงสะทอ้ นใชเ้ วลานอ้ ยกวา่ 1/10 วนิ าที หูเราจะไม่สามารถแยกระหวา่ งเสียงตะโกนกบั เสียงสะทอ้ นไดเ้ ราก็จะไม่ไดย้ นิ เสียงสะทอ้ น สตั วบ์ างชนิดอาศยั หลกั การสะทอ้ นของเสียงในการระบุส่ิงกีดขวาง เช่น คา้ งคาว , ปลาโลมา นอกจากน้ีในเครื่องมือ แพทยก์ ็มีการประยกุ ตใ์ ชห้ ลกั การสะทอ้ นเสียงตรวจสอบเน้ือเยอ่ื ภายในท่ีเรียกวา่ เคร่ืองอลั ตราซาวด์ หรือ การผลิตเป็ น เครื่องมือทาความสะอาดอุปกรณ์ที่มีความละเอียด เป็นตน้ page 5

2. การหกั เห เสียงมีคุณสมบตั ิในการหกั เหเช่นเดียวกบั คลื่น เมื่อเสียงเคล่ือนท่ีจากตวั กลางหน่ึงไปสู่อีก ตวั กลางหน่ึง จะทาใหอ้ ตั ราเร็วเสียงเปล่ียนไปและทิศทางการเคล่ือนที่ของเสียงก็เปลี่ยนไปดว้ ย เรียกวา่ การหกั เหของเสียง ในปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ เช่น ฟ้าผา่ แต่ไมไ่ ดย้ นิ เสียงฟ้าร้อง เนื่องจากเสียงเดินทางผา่ นตวั กลางอากาศในแต่ละช้นั ซ่ึงมี อุณหภูมิแตกต่างกนั ทาใหเ้ สียงเกิดการหกั เหโดยที่มุมหกั เหมากกวา่ 90 องศา เสียงจะเกิดการสะทอ้ นกลบั หมดเราจึงไม่ไดย้ นิ เสียงฟ้าร้อง เป็ นตน้ 3. การเลยี้ วเบน การเล้ียวเบนของเสียงเป็นปรากฏการณ์อยา่ งหน่ึงในธรรมชาติ เช่น เสียงพูดคุยจากหอ้ งขา้ ง ๆ หรือ จากแหล่งกาเนิดที่มีส่ิงกีดขวางก้นั ไว้ ซ่ึงเมื่อเสียงเล้ียวเบนจะทาใหแ้ อมพลิจูดลดลงจากเดิมเหมือนคล่ืนน้า เราจะได้ ยนิ เสียงเบาลง 4. การแทรกสอด การแทรกสอดของเสียงเกิดจากการท่ีเสียงจากแหล่งกาเนิดเหมือนกนั สองแหล่งเกิดการ รวมกนั ท้งั แบบเสริมกนั และแบบหกั ลา้ ง ทาใหบ้ ริเวณระหวา่ งแหล่งกาเนิดเสียงท้งั สองน้นั บางจุดจะมีเสียงดงั มาก บางจุดมี เสียงเบาสลบั กนั ไป ความเข้มเสียง ความเขม้ เสียงวดั ไดจ้ ากพลงั งานเสียงท่ีตกต้งั ฉากบน 1 หน่วยพ้นื ที่ ใน 1 หน่วยเวลา มีหน่วยเป็น W / m2 โดยทวั่ ไป การกาหนดมาตรฐานในการบอกระดบั ความเขม้ เสียงจะใชห้ น่วย เบล โดยมีหลกั วา่ ความเขม้ เสียงต่าที่สุดท่ีหูคนปกติเริ่มได้ ยนิ มีคา่ 10−12 W / m2 มีระดบั ความเขม้ เป็ น 0 เบล เรียกวา่ ขีดเร่ิมของการไดย้ นิ เสียงที่มีระดบั ความเขม้ 1 เบล คือ เสียงท่ีมีความเขม้ เป็น 101 เทา่ ของ 0 เบล หรือ เสียงที่มีระดบั ความเขม้ เป็น 2 เบล คือ เสียงที่มีความเขม้ เป็น 102 เทา่ ของ 0 เบล เป็นตน้ เน่ืองจากหน่วย เบล มีขนาดใหญ่เกินไปจึงนิยมใชห้ น่วยเดซิเบลแทน โดยกาหนดให้ 1 เบล เท่ากบั 10 เดซิเบล เสียงที่ดงั ท่ีสุดท่ีไมเ่ ป็นอนั ตรายต่อหูมีระดบั ความเขม้ เสียงเป็ น 120 เดซิเบล โดย องคก์ ารอนามยั โลกกาหนดวา่ ระดบั ความเขม้ เสียงที่ปลอดภยั ตอ้ งไม่เกิน 85 เดซิเบล ในการไดย้ นิ วนั ละ 8 ชวั่ โมงติดต่อกนั เสียงท่ีมีความดงั มากกวา่ น้ีถือวา่ เป็นเสียงอึกทึกเกิดเป็ นมลพษิ ทางเสียง คลื่นแม่เหลก็ ไฟฟ้า คลื่นแม่เหลก็ ไฟฟ้าเป็นช่ือรวมเรียกคลื่นต่างๆ ที่มีความถ่ีหรือความยาวคลื่นตา่ งกนั แตม่ ีอตั ราเร็วคลื่นเท่ากนั ไดแ้ ก่ คล่ืนวทิ ยุ , คลื่นไมโครเวฟ , คลื่นรังสีอลั ตราไวโอเลต , คล่ืนรังสีเอก๊ ซ์ , คล่ืนรังสีอินฟราเรด เป็ นตน้ คลื่นแมเ่ หลก็ ไฟฟ้าเกิดจากการที่อนุภาคไฟฟ้าเคลื่อนที่กลบั ไปกลบั มาในลวดตวั นาหรือในสายอากาศ จะเกิดการ เปล่ียนแปลงของสนามไฟฟ้าบริเวณน้นั สนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงจะเหนี่ยวนาใหเ้ กิดสนามแมเ่ หล็กรอบๆตวั นา โดย สนามแมเ่ หล็กน้ีกจ็ ะเปลี่ยนแปลงไปตามสนามไฟฟ้าดว้ ย สนามแม่เหล็กที่เปล่ียนแปลงน้ีกจ็ ะเหน่ียวนาใหเ้ กิดสนามไฟฟ้าข้ึน ในบริเวณขา้ งเคียงต่อไปโดยสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหลก็ ท่ีเกิดข้ึนน้นั จะมีระนาบต้งั ฉากกนั เสมอ เกิดการการแผข่ องคลื่น แมเ่ หล็กไฟฟ้าออกจากแหล่งกาเนิด ใน 3 มิติ ยกเวน้ ในแนวเดียวกบั ตวั นาหรือสายอากาศ page 6

ดว้ ยเหตุท่ีคลื่นแมเ่ หล็กไฟฟ้าเกิดจากการเหน่ียวนาซ่ึงกนั และกนั จึงไม่จาเป็นตอ้ งอาศยั ตวั กลางในการเคลื่อนท่ี มี อตั ราเร็วในสุญญากาศโดยประมาณเทา่ กนั คือ 3108 m / s เราใชส้ ญั ลกั ษณ์ c แทนอตั ราเร็วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า สาหรับตวั กลางอ่ืน อตั ราเร็วอาจนอ้ ยกวา่ น้ี ดงั สมการ c = f คล่ืนแม่เหล็กไฟฟ้าจะมีความยาวคลื่นประมาณ 2.8 เมตร มีความถ่ีประมาณ 108 Hz สเปกตรัมของคล่ืนแม่เหล็กไฟฟ้า มีความตอ่ เน่ืองกนั เป็นช่วงกวา้ ง เม่ือจดั เรียงลาดบั ตามความยาวคล่ืน จะไดช้ ื่อเรียกของแต่ละช่วงแตกต่างกนั ออกไป เช่น คลื่นวทิ ยุ ไมโครเวฟ รังสีเอก๊ ซ์ เป็ นตน้ โดยคลื่นบางชนิดมีความยาวคล่ืนเทา่ กนั เช่น รังสีเอก๊ ซ์ มีความถี่ประมาณ 1016 −1021 Hz ส่วนรังสีแกมมา มีความถ่ีประมาณ 1019 −1022 Hz ในช่วงความถี่ 1019 −1021 Hz ของคล่ืนท้งั สองจะมี สมบตั ิเหมือนกนั ทุกประการ แต่เราเรียกตา่ งกนั เนื่องจากเกิดจากแหล่งกาเนิดตา่ งกนั นน่ั เอง คล่ืนแม่เหล็กไฟฟ้ามีความถี่ตอ่ เน่ืองกนั เป็นช่วงกวา้ งเราเรียกช่วงความถ่ีเหล่าน้ีวา่ สเปกตรัมคล่ืนแม่เหลก็ ไฟฟ้า และ มีชื่อเรียกช่วงตา่ ง ๆ ของความถ่ีตา่ งกนั ตามแหล่งกาเนิดและวธิ ีการตรวจวดั คล่ืน ตวั อยา่ งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าประเภทอ่ืนๆ ซ่ึงเรียงลาดบั ตามความยาวคลื่นไดด้ งั น้ี รังสีแกมมา (Gamma ray) เป็นคล่ืนแม่เหลก็ ไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นนอ้ ยกวา่ 0.01 นาโนเมตร โฟตอนของรังสี แกมมามีพลงั งานสูงมาก กาเนิดจากแหล่งพลงั งานนิวเคลียร์ เช่น ดาวระเบิด หรือ ระเบิดปรมาณู เป็นอนั ตรายมากต่อส่ิงมีชีวติ รังสีเอก็ ซ์ (X-ray) มีความยาวคล่ืน 0.01 - 1 นาโนเมตร มีแหล่งกาเนิดในธรรมชาติมาจากดวงอาทิตย์ เราใชร้ ังสีเอก็ ซ์ ในทางการแพทย์ เพ่ือส่องผา่ นเซลลเ์ น้ือเย่ือ แต่ถา้ ไดร้ ่างกายไดร้ ับรังสีน้ีมากๆ ก็จะเป็นอนั ตราย รังสีอุลตราไวโอเลต็ (Ultraviolet radiation) มีความยาวคลื่น 1 - 400 นาโนเมตร รังสีอุลตราไวโอเลต็ มีอยใู่ น แสงอาทิตย์ เป็นประโยชน์ต่อร่างกาย แต่หากไดร้ ับมากเกินไปกจ็ ะทาใหผ้ วิ ไหม้ และอาจทาใหเ้ กิดมะเร็งผวิ หนงั แสงทตี่ ามองเหน็ (Visible light) มีความยาวคลื่น 400 – 700 นาโนเมตร พลงั งานท่ีแผอ่ อกมาจากดวงอาทิตย์ ส่วนมากเป็นรังสีในช่วงน้ี แสงแดดเป็นแหล่งพลงั งานที่สาคญั ของโลก และยงั ช่วยในการสงั เคราะห์แสงของพืช รังสีอนิ ฟราเรด (Infrared radiation) มีความยาวคล่ืน 700 นาโนเมตร – 1 มิลลิเมตร โลกและสิ่งชีวติ แผร่ ังสี อินฟราเรดออกมา ก๊าซเรือนกระจก เช่น คาร์บอนไดออกไซด์ และไอน้า ในบรรยากาศดูดซบั รังสีน้ีไว้ ทาใหโ้ ลกมีความ อบอุน่ เหมาะกบั การดารงชีวติ คล่ืนไมโครเวฟ (Microwave) มีความยาวคล่ืน 1 มิลลิเมตร 10 เซนติเมตร ใชป้ ระโยชนใ์ นดา้ นโทรคมนาคม ระยะไกล นอกจากน้นั ยงั นามาประยกุ ตส์ ร้างพลงั งานในเตาอบอาหาร page 7

คล่ืนวทิ ยุ (Radio wave) เป็นคล่ืนแม่เหล็กไฟฟ้าท่ีมีความยาวคลื่นมากที่สุด คล่ืนวทิ ยสุ ามารถเดินทางผา่ นช้นั บรรยากาศได้ จึงถูกนามาใชป้ ระโยชน์ในดา้ นการส่ือสาร โทรคมนาคม คลื่นวทิ ยมุ ีการส่งสัญญาณ 2 ระบบคือ 1. ระบบเอเอม็ (A.M. = amplitude modulation) ระบบเอเอม็ มีช่วงความถ่ี 530 - 1600 kHz( กิโลเฮิรตซ์ ) สื่อสารโดยใชค้ ลื่นเสียงผสมเขา้ ไปกบั คล่ืนวทิ ยเุ รียกวา่ \"คล่ืนพาหะ\" โดยแอมพลิจูดของคล่ืนพาหะจะเปล่ียนแปลงตามสัญญาณคล่ืนเสียง ในการส่งคล่ืนระบบ A.M. สามารถส่งคล่ืนไดท้ ้งั คล่ืนดินเป็นคล่ืนท่ีเคล่ือนที่ในแนวเส้นตรงขนานกบั ผิวโลก และคล่ืนฟ้าโดยคล่ืนจะไปสะทอ้ นที่ช้นั บรรยากาศไอโอโนสเฟี ยร์ แลว้ สะทอ้ นกลบั ลงมา จึงไม่ตอ้ งใชส้ ายอากาศต้งั สูงรับ 2. ระบบเอฟเอม็ (F.M. = frequency modulation) ระบบเอฟเอม็ มีช่วงความถ่ี 88 - 108 MHz (เมกะเฮิรตซ์) ส่ือสารโดยใชค้ ล่ืนเสียงผสมเขา้ กบั คล่ืนพาหะ โดย ความถ่ีของคลื่นพาหะจะเปล่ียนแปลงตามสญั ญาณคลื่นเสียง ในการส่งคลื่นระบบ F.M. ส่งคล่ืนไดเ้ ฉพาะคล่ืนดินอยา่ งเดียว ถา้ ตอ้ งการส่งใหค้ ลุมพ้ืนท่ีตอ้ งมีสถานีถ่ายทอด และเคร่ืองรับตอ้ งต้งั เสาอากาศสูง ๆ รับ คล่ืนโทรทัศน์ คล่ืนโทรทศั นม์ ีความถ่ีช่วง 108 - 1012 Hz มีประโยชน์ในการส่ือสาร แตจ่ ะไมส่ ะทอ้ นที่ช้นั บรรยากาศ ไอโอโนสเฟี ยร์ แตจ่ ะทะลุผา่ นช้นั บรรยากาศไปนอกโลก ในการถ่ายทอดสัญญาณโทรทศั นจ์ ะตอ้ งมีสถานีถ่ายทอดเป็นระยะ ๆ เพราะสัญญาณเดินทางเป็ นเส้นตรง และผวิ โลกมีความโคง้ ดงั น้นั สญั ญาณจึงไปไดไ้ กลสุดเพียงประมาณ 80 กิโลเมตรบน ผวิ โลก อาจใชไ้ มโครเวฟนาสญั ญาณจากสถานีส่งไปยงั ดาวเทียม แลว้ ใหด้ าวเทียมนาสัญญาณส่งต่อไปยงั สถานีรับที่อยไู่ กล ๆ แสง (light) แสงมีช่วงความถี่ 1014Hz หรือความยาวคลื่น 4x10-7 - 7x10-7 เมตร เป็ นคลื่นแม่เหลก็ ไฟฟ้าที่ประสาทตาของมนุษยร์ ับ ได้ สเปคตรัมของแสงสามารถแยกไดด้ งั น้ี สี ความยาวคล่ืน (nm) ม่วง 380-450 น้าเงิน 450-500 เขียว 500-570 เหลือง 570-590 แสด 590-610 แดง 610-760 page 8

ใบงาน : คล่ืน 1. คล่ืนน้ามีความยาวคลื่น 2 เมตร ความถี่ 2 เฮิรตซ์ จงหาวา่ ในเวลา 10 วนิ าที คล่ืนน้าจะเคล่ือนที่ไดร้ ะยะทางเทา่ ไร 2. ถา้ คลื่นเชือกมีคาบ 2 วนิ าที อยากทราบวา่ ในเวลา 10 วนิ าที คล่ืนจะเคลื่อนที่ไดก้ ี่ลูกคลื่น 3. จากรูป คลื่นน้ามีความถี่ 2 เฮิรตซ์ ขณะหน่ึงโฟมลอยอยทู่ ่ีระดบั ปกติ อยากทราบวา่ จะใชเ้ วลาอยา่ งนอ้ ยที่สุดเทา่ ไร ที่โฟ มจะอยสู่ ันคล่ืน เคลื่อนที่ ระดบั ปกติ 4. จากรูป เป็นคลื่นน้าซ่ึงกาลงั เคล่ือนท่ีไปบนผวิ น้าดว้ ยอตั ราเร็ว 0.5 เมตร/วินาที จงคานวณหาความถ่ีของคล่ืนน้า 70 cm 0.5 m/s 5. ถา้ ตีขิมแลว้ สายขิมสนั่ ดว้ ยความถี่ 1,100 Hz ความเร็วของเสียงในอากาศเท่ากบั 330 m/s จงหาความยาวคล่ืนของเสียงจาก ขิม 6. คล่ืนเสียงมีความถ่ี 100 Hz มีความยาวคล่ืน 25 เมตร จะมีความเร็วของเสียงเท่าใด 7. คลื่นเสียงมีความยาวคล่ืน 6 เมตร ความเร็ว 300 m/s ความถ่ีของคล่ืนเสียงจะเป็นเทา่ ใด 8. ถา้ แหล่งกาเนิดเสียงส่งคลื่นเสียงความยาวคลื่น 2 เมตร ดว้ ยความถ่ี 200 Hz ออกไปนานเท่าใด คนที่อยหู่ ่างออกไป 2 กิโลเมตร จึงจะไดย้ นิ เสียง 9. คล่ืนน้าแห่งหน่ึงเป็นคล่ืนที่มีจงั หวะสม่าเสมอ 2 คร้ังตอ่ วินาที จบั เวลาท่ีคล่ืนเคลื่อนที่จากแหล่งกาเนิดถึงขอบสระ ระยะทาง 12 เมตร ใชเ้ วลา 3 วนิ าที จงคานวณหาความยาวคลื่นน้ี 10. จากรูปที่กาหนดให้ การกระจดั (m) 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 ตาแหนง่ (m) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0 -0.05 -0.1 -0.15 -0.2 -0.25 ก. คลื่นที่เกิดข้ึนในเส้นเชือกน้นั มีความยาวคล่ืนและแอมพลิจูดกี่เมตร ข. ถา้ คล่ืนมีความถี่ 10 Hz ความเร็วคลื่นเป็นเท่าไร page 9