คลื่น (Wave) วิชาฟิสิกส์พื้นฐาน สำหรับนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4-6

การเคลื่อนที่แบบคลื่น คือ การถ่ายโอนพลังงานและโมเมนตัม จากแหล่งกำเนิดไปบริเวณโดยรอบ โดยที่ตัวกลางไม่เคลื่อนที่ตาม
1. การจำแนกประเภทของคลื่น

 จำแนกโดยใช้ตัวกลาง แบ่งออกเป็น 2 แบบ คือ

- คลื่นกล (mechanical wave) คือ คลื่นที่อาศัยตัวกลางในการถ่ายโอนพลังงาน หรือคลื่นที่ใช้ตัวกลางในการเคลื่อนที่ เช่น คลื่นผิวน้ำ คลื่นแผ่นดินไหว คลื่นในเส้นเชือก คลื่นในสปริง คลื่นเสียง

- คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic wave) คือ คลื่นที่ไม่อาศัยตัวกลางในการถ่ายโอนพลังงาน หรือคลื่นที่ไม่ใช้ตัวกลางในการเคลื่อนที่ ได้แก่ คลื่นวิทยุ คลื่นไมโครเวฟ รังสีอินฟราเรด แสงที่มองเห็น รังสีอัลตราไวโอเลต รังสีเอกซ์ รังสีแกมมา

(คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า)

 จำแนกตามลักษณะการสั่นของแหล่งกำเนิด แบ่งออกเป็น 2 แบบ คือ

- คลื่นตามขวาง (transverse wave) คือ คลื่นที่เกิดจากอนุภาคของตัวกลาง เคลื่อนที่ในแนวตั้งฉากกับแนวการเคลื่อนที่ของคลื่น เช่น คลื่นผิวน้ำ คลื่นในเส้นเชือก คลื่นในสปริง (แบบสบัดขึ้นลง) คลื่นแผ่นดินไหวแบบ S (S-wave) คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

- คลื่นตามยาว (longitudinal wave) คือ คลื่นที่เกิดจากอนุภาคของตัวกลาง เคลื่อนที่ไปมาในแนวเดียวกับแนวการเคลื่อนที่ของคลื่น เช่น คลื่นเสียง คลื่นในสปริง (แบบอัด-ขยาย) คลื่นแผ่นดินไหวแบบ P (P-wave)

(คลื่นตามขวางและคลื่นตามยาว)
(คลื่นในสปริง)
(คลื่นผิวน้ำ)
(คลื่นในเส้นเชือก)
(คลื่นแผ่นดินไหว)
(คลื่นเสียง)
2. องค์ประกอบของคลื่น
(ส่วนประกอบที่สำคัญของคลื่น)

สันคลื่น (crest) เป็นตำแหน่งสูงสุดของคลื่น จากระดับเดิม

ท้องคลื่น (trough) เป็นตำแหน่งต่ำสุดของคลื่น จากระดับเดิม

แอมพลิจูด (amplitude) สัญลักษณ์ A เป็นขนาดของการกระจัดที่มีค่ามากที่สุด บอกถึงพลังงานของคลื่น

ความยาวคลื่น (wavelength) สัญลักษณ์ อ่านว่า แลมบ์ดา-lambda เป็นความยาวของคลื่นหนึ่งลูก

ความถี่ (frequency) สัญลักษณ์ f คือ จำนวนลูกคลื่นที่เคลื่อนที่ผ่านจุดๆ หนึ่ง ในหนึ่งหน่วยเวลา หรือจำนวนรอบที่คลื่นเคลื่อนที่ได้ใน 1 วินาที หน่วย รอบต่อวินาที หรือ เฮิรตซ์ (Hz)

คาบ (period) สัญลักษณ์ T คือ ช่วงเวลาที่คลื่น 1 ลูก เคลื่อนที่ผ่านตำแหน่งใดๆ หรือเวลาที่คลื่นใช้ในการเคลื่อนที่ครบ 1 รอบ หน่วย วินาที (s)

อัตราเร็วคลื่น (wave speed) สัญลักษณ์ v คือ ระยะทางที่คลื่นเคลื่อนที่ได้ในหนึ่งหน่วยเวลา หน่วย เมตรต่อวินาที (m/s)

3. สมบัติของคลื่น

1. การสะท้อน (reflection) : รังสีตกกระทบและรังสีสะท้อนอยู่บนระนาบเดียวกัน มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน ตัวอย่าง การหาอาหารของค้างคาว การรับส่งสัญญาณผ่านดาวเทียม

2. การหักเห (refraction) : เคลื่อนที่ผ่านตัวกลางต่างชนิดกัน โดยมีความถี่คงที่ แต่อัตราเร็ว ความยาวคลื่น แอมพลิจูด เปลี่ยน ตัวอย่าง การเกิดฟ้าแลบโดยไม่ได้ยินเสียงฟ้าร้อง

3. การแทรกสอด (interference) : คลื่น 2 ขบวนคลื่นที่มาเจอกัน เกิดการแทรกสอดแบบเสริมและการแทรกสอดแบบหักล้าง ตัวอย่าง ได้ยินเสียงดัง-เสียงค่อยในตำแหน่งที่ต่างกัน

4. การเลี้ยวเบน (diffraction) : สามารถอ้อมผ่านไปด้านหลังของสิ่งกีดขวางได้ ตัวอย่าง การได้ยินเสียงของคนจากมุมตึก

บีตส์ (beats) เป็นการรวมกันของคลื่นเสียงจากแหล่งกำเนิด 2 แหล่ง ที่มีความถี่ต่างกันเล็กน้อย ส่งผลให้เกิดเสียงดังค่อยเป็นจังหวะสลับกัน ใช้ในการเทียบเสียงของเครื่องดนตรีให้มีความถี่เท่ากับความถี่มาตรฐานของเสียงดนตรีที่ต้องการ

4. เสียงและการได้ยิน

เสียง เกิดจากการสั่นวัตถุ ทำให้โมเลกุลของอากาศ (ตัวกลาง) เกิดการอัด-ขยาย

- อาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ จึงเป็นคลื่นกล

- โมเลกุลอากาศสั่นในทิศเดียวกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่นเสียง จึงเป็นคลื่นตามยาว

4.1 ระดับเสียง ขึ้นอยู่กับความถี่ของเสียง

ระดับเสียงสูง เป็นเสียงที่มีความถี่มาก เรียก เสียงแหลม

ระดับเสียงต่ำ เป็นเสียงที่มีความถี่น้อย เรียก เสียงทุ้ม

มนุษย์สามารถได้ยินเสียงที่มีความถี่ 20-20,000 เฮิรตซ์

เสียงที่มีความถี่ต่ำกว่า 20 เฮิรตซ์ เรียก อินฟราซาวด์ (infrasound)

เสียงที่มีความถี่สูงกว่า 20,000 เฮิรตซ์ เรียก อัลตราซาวด์ (ultrasound)

4.2 ความดัง ขึ้นอยู่กับความเข้มและระดับความเข้มเสียง

ความเข้มเสียง (sound intensity) คือ พลังงานเสียงที่ตกตั้งฉากบนหนึ่งหน่วยพื้นที่ในหนึ่งหน่วยเวลา หน่วย วัตต์ต่อตารางเมตร (W/m2)

เสียงที่ได้ยินมีช่วงความเข้มที่กว้าง จึงวัดความดังเป็น ระดับความเข้มเสียง (sound intensity level) หน่วย เดซิเบล (dB)

มนุษย์สามารถได้ยินเสียงที่มีความเข้ม 10-12 – 1 W/m2

มนุษย์สามารถได้ยินเสียงที่มีระดับความเข้ม 0 – 120 dB

ระดับความเข้มเสียงที่ปลอดภัยต้องไม่เกิน 85 เดซิเบล (dB) และได้ยินติดต่อกันไม่เกินวันละ 8 ชั่วโมง (องค์การอนามัยโลก)

เสียงที่อาจก่อให้เกิดอันตรายต่อหูและสภาพจิตใจของผู้ฟัง ถือว่าเป็น มลภาวะของเสียง (noise pollution)

4.3 คุณภาพเสียง บอกลักษณะของเสียง ช่วยระบุแหล่งกำเนิดของเสียงที่แตกต่างกันได้

5. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic wave)
(ทิศทางการวางตัวของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า)

มีสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กตั้งฉากกัน และตั้งฉากกับทิศของความเร็วของคลื่น

ประกับด้วย คลื่นวิทยุ คลื่นไมโครเวฟ รังสีอินฟราเรด แสงที่มองเห็น รังสีอัลตราไวโอเลต รังสีเอกซ์ รังสีแกมมา เรียก สเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic spectrum)

มีความเร็วคงตัวในสุญญากาศ เท่ากับ 3.0x108 m/s

VDO สรุปบทเรียน
จัดทำโดย นายณัฐวุฒิ ยกน้อยวงค์ (ครูกร้อ) รหัส 595161030025 สาขาหลักสูตรและการสอน มหาวิทยาลัยธุรกิจบัณฑิตย์

Credits:

Created with images by qimono - "water drop liquid" • steinchen - "elbe beach wave sand" • haemengine - "Graded Waves" • eduard lefler - "***" • shaire productions - "Swirly Tiles" • Didgeman - "microphone mixer cable" • Taken - "plug audio jack" • Pexels - "sound volume stereo" • Pexels - "piano music still life"

Made with Adobe Slate

Make your words and images move.

Get Slate

Report Abuse

If you feel that this video content violates the Adobe Terms of Use, you may report this content by filling out this quick form.

To report a Copyright Violation, please follow Section 17 in the Terms of Use.