Uploaded by Poseidon Singsakul

Waves-PZD [Fixed]

advertisement
Physics : Part 3
บำบำร่ำเองงับบ :3
จัดทำโดย
นำย ศิริภูมิ สิ งห์สกุล [โพซีดอน]
[ What is wave ? ]
คลื่น [wave] หมำยถึง ลักษณะของกำรถูกรบกวน ที่มีกำรแผ่กระจำย เคลื่อนที่ออกไป ในลักษณะของ
กำรกวัดแกว่ง หรือกระเพื่อม และมักจะมีกำรส่ งถ่ำยพลังงำนไปด้วย
It’s look like a [TF] Function
[ ชนิดของคลื่น ] แบ่งได้ 2 แบบ คือ
1.คลื่นกล [Mechanical wave] –จำเป็นต้องเคลื่อนที่ในสสำร และ ต้องมีตัวกลำงในกำรเคลื่อนที่ Ex. คลื่นเสี ยง,คลื่นผิวน้ำ
2.คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ ำ [Electromagnetic wave] – Noสสำร Noตัวกลำง อยู่ในสุ ญญำกำศมันก็เคลื่อนที่ได้ [มันเคลื่อนที่ใน
ตัวกลำงได้ ยกเว้น โลหะ] Ex. Ultraviolet , Wifi , x-ray , Satellite
[Technic]
M = ไม่มีเธอฉันอยู่ไม่ได้
EM = ไม่มีเธอฉันก็อยู่ได้
โอ๊ย เจ็บจี๊ดดดดด !
Sol.
คลื่นกล [Mechanical wave]
คลื่นกลทุกชนิดเกิดจำกกำรที่อนุภำคของสสำร [ตัวกลำง] ถูกรบกวนบำงตำแหน่ง ทำให้ตำแหน่งที่ถูกรบกวนนั้น เคลื่อน
จำกเดิมไป อนุภำคที่ถูกรบกวนมันไม่ได้อยู่เดี่ยวๆ มันมีแรงยึดเหนี่ยวกับอนุภำคตัวอื่นด้วย เมื่อมันถูกรบกวนมันก็ไปรบกวน
อนุภำคตัวข้ำงเคียงให้เคลื่อนจำกเดิมด้วย อนุภำคมันก็ส่งต่อกำรรบกวนไปเรื่อยๆ ตัวที่ถูกรบกวนไปแล้วมันก็มีแรง
คืนกลับมำอยู่ที่เดิม ก็มีแต่ กำรรบกวนกัน ที่มันเคลื่อนที่ไปเรื่อยๆ ลองนึกถึงโดมิโนดู แล้วจะรู้
Sol.
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ ำ [Electromagnetic wave]
เป็นคลื่นที่ไม่ต้องอำศัยตัวกลำงในกำรเคลื่อนที่ ดังจะสั งเกตได้ เช่น แสงจำกดวงอำทิตย์ ที่เดินทำงผ่ำนอวกำศซึ่งมี
บำงช่วงเป็นสุ ญญำกำศ ไม่มีตัวกลำงที่จะส่ งต่อพลังงำนได้ แต่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ ำอย่ำงคลื่นแสงก็ยังสำมำรถส่ งผ่ำน
มำยังผิวโลกได้โดยไม่ต้องมีตัวกลำง จึงนับได้ว่ำคลื่นแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ ำชนิดหนึ่ง ซึ่งคลื่นแสงมีสมบัติครบ
ทั้ง 4 ประกำร เลยถือว่ำแสงเป็นคลื่น ซึ่งไม่ต้องอำศัยตัวกลำงในกำรเดินทำง ดังนั้นจึงสรุปว่ำแสงเป็นคลื่น
แม่เหล็กไฟฟ้ ำนั่นเอง
ส่ วนประกอบของคลืน
่ แม่เหล็กไฟฟ้ ำ
Electromagnetic spectrum
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ ำ [Electromagnetic wave]
E is the electric field vector
B is the magnetic field vector of the EM wave
กำรเคลื่อนที่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ ำ
[ ประเภทของคลื่น ] แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ
1) คลื่นตำมขวำง (transverse wave) เป็นคลื่นที่ส่งผ่ำนไปในตัวกลำงแล้วทำให้อนุภำค ในตัวกลำงเคลื่อนที่ตั้งฉำกกับทิศทำง
กำรเคลื่อนที่ของคลื่น เช่น คลื่นในเส้ นเชือก คลื่นน้ำ คลื่นแสง
2) คลื่นตำมยำว (longitudinal wave) เป็นคลื่นที่ส่งผ่ำนไปในตัวกลำงแล้วทำให้อนุภำคในตัวกลำงเคลื่อนที่ตำมแนวขนำนกับ
ทิศกำรเคลื่อนที่ของคลื่น เช่น คลื่นเสี ยง คลื่นสปริง
*ถ้ำนึกภำพไม่ออก Experiment อยู่ด้ำนขวำครับ
Wave Experiment
คลื่นตำมขวำง
คลื่นผิวน้ำ
คลื่นในเส้ นเชือก
คลื่นกล
จำเป็นต้องมีตัวกลำง
คลื่นตำมยำว
คลื่นเสี ยง
-พวก บีตส์ ดอปเพลอร์ และ คลื่นกระแทก
Waves
คลื่นสปริง
Take a photo one more !
ไม่จำเป็นต้องมีตัวกลำง
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ ำ
คลื่นตำมขวำง
คลื่นแสง
-พวกเลนส์ กระจก ฟลักซ์ของแสง
Sol.
ลักษณะของกำรทำให้เกิดคลื่น ได้แก่
-คลื่นดล [Pulsed wave] คือ คลื่นที่เกิดจำกแหล่งกำเนิดสั่ นเพียงครั้งเดียว ทำให้เกิดคลื่นเพียงหนึ่งลูก อำจมีลักษณะกระจำย
ออกจำกแหล่งกำเนิดที่ทำให้เกิดคลื่น เช่น กำรโยนหินลงไปในน้ำ
-คลื่นต่อเนื่อง [Continiuous wave] คือ คลื่นที่เกิดจำกกำรสั่ นของแหล่งกำเนิดหลำยครั้งติดต่อกัน ทำให้เกิดคลื่นหลำยลูก
ติดต่อกัน โดยควำมถี่ของคลื่นทีเ่ กิดขึ้นเท่ำกับควำมถีข่ องกำรรบกวนของแหล่งกำเนิดคลื่น เช่น คลื่นน้ำที่ เกิดจำกกำรใช้
มอเตอร์
Imagination is important than
knowledge
Pulsed wave VS Continuous wave
ส่ วนประกอบของคลื่น
-ควำมยำวคลื่น [𝜆] คือ ระยะที่น้อยที่สุดระหว่ำงจุด 2 จุดบนคลื่น ใช้สัญลักษณ์ λ แทนควำมยำวคลื่น มีหน่วยเป็น m
-ควำมถี่ของคลื่น [f] คือ จำนวนรอบที่แหล่งกำเนิดคลืน
่ หรือตัวกลำงสั่ นได้ในหนึ่งหน่วยเวลำ ใช้สัญลักษณ์ f และมีหน่วยเป็น 𝑠 −1 หรือ เฮิ รตซ์ (Hz)
-คำบของคลื่น [T] คือ ช่วงเวลำที่คลื่นเคลือ
่ นทีไ่ ด้ 1 𝜆 หรือเวลำที่แหล่งกำเนิดคลืน
่ หรือตัวกลำงที่คลืน
่ เคลือ่ นที่ผ่ำนครบ 1 รอบ มีหน่วยเป็น s
-แอมพลิจูด [A] คือ ขนำดของกำรกระจัดสู งสุ ดของอนุภำคของตัวกลำงที่คลื่นผ่ำนจำกตำแหน่ง สมดุลเดิม ใช้สัญลักษณ์ A มีหน่วยเป็น m
-อัตรำเร็วคลื่น [V] คือ ระยะทำงที่คลื่นเคลือ
่ นที่ได้ใน 1 หน่วยเวลำ ใช้สัญลักษณ์ v มีหน่วยเป็น m/s
-เฟสของคลื่น [𝜙] คือ กำรบอกตำแหน่งต่ำง ๆ บนคลื่น โดยบอกเป็นมุมในหน่วยองศำหรือเรเดียน [ 𝜆 = 2𝜋 rad]
อัตรำเร็วของคลื่น [v]
ควำมสั มพันธ์
1
𝑓
𝑇 = ,𝑓 =
คลื่นมันเคลื่อนที่เป็นเส้ นตรง เรำก็สำมำรถใช้สมกำร
กำรเคลื่อนที่แนวตรงได้เช่นกันน้ำำำำ ^wo
1
𝑇
สมบัติของคลื่น
-ไม่ว่ำจะเป็นคลื่นอะไรอยู่ในตัวกลำงอะไร ย่อมมีคุณสมบัติ 4 อย่ำงนี้
กำรสะท้อน
-กำรหักเห
สมบัติของคลื่น
-กำรแทรกสอด
กำรเลี้ยวเบน
กำรสะท้อน [Reflection]
คือ กำรที่คลื่นเคลื่อนที่ไปตกกระทบกับสิ่งกีดขวำงหรือรอยต่อระหว่ำง
ตัวกลำงแล้วเปลี่ยนทิศสะท้อนกลับ มำในตัวกลำงเดิม
กฎกำรสะท้อนของแสง ( Law of Reflection )
-มุมตกกระทบคือมุมที่รังสี ตกกระทบ (Incident ray) ทำกับเส้ นปกติ (Normal)
ของผิวสะท้อน
-มุมสะท้อน (Reflected ray) คือมุมที่รังสี สะท้อนทำกับเส้ นปกติ
! รูปร่ำงวัตถุจะเป็นยังไงไม่ตอ้ งสนค่ำำำ แค่จำไว้ว่ำ
[ มุมตกกระทบ (θi) = มุมสะท้อน (θr) ] เสมอ ^^
An example of the law of reflection
Sol.
กำรสะท้อนของคลื่นในเส้ นเชือก
Sol.
กำรหักเห (refraction)
คือ กำรเปลี่ยนแปลงทิศทำงของคลื่นที่ส่วนรอยต่อระหว่ำงตัวกลำงต่ำงกัน เมื่อผ่ำน
ตัวกลำงที่เปลี่ยนไป ทิศทำงของกำรเดินทำงจะเปลี่ยนไปเนื่องจำกควำมเร็วเปลี่ยนไป
โดย ไม่มีกำร Change ควำมถี่ของคลื่น
สำคัญที่สุด คือ f ไม่เปลี่ยนนะคะ ^w^
กฎของสแน็ล (Snell's law)
ดรรชนีหักเห
เป็นกฎที่แสดงควำมสั มพันธ์ระหว่ำงมุมตกกระทบและมุมหักเหในปรำกฏกำรณ์กำรหักเหของ
คลื่นโดยทั่วไป เรียกอีกอย่ำงว่ำ กฎกำรหักเห (law of refraction)
เชือก
1
𝜈 ∝ 𝜆 ∝ sin 𝜃 ∝ ∝ 𝑑𝑒𝑝𝑡ℎ ∝ 𝑇 ∝ 𝜌
𝑛
Refraction Experiment
Sol.
กำรแทรกสอด (interference)
กำรแทรกสอดใน 1 มิติ
เป็นปรำกฏกำรณ์ของคลืน
่ ที่เกิดจำกคลืน
่ 2 ขบวนที่เหมือนกันทุกประกำรเคลือ
่ นที่มำ พบกัน แล้ว
เกิดกำรซ้อนทับกัน
กำรแทรกสอดใน 2 มิติ
สู ตรของกำรแทรกสอด
-เสริมกัน=ปฏิบัพ [Antinode]
-หักล้ำงกัน=บัพ [Node]
สำหรับเด็กวิทย์น้ำำำำ XD
- ปฏิบัพเฟสตรง, บัพเฟสต่ำงกัน 180 องศำ
|S1P – S2P| = nλ, n = 0, 1, 2, … [ หำ Antinode ]
- บัพเฟสตรง, ปฏิบัพเฟสต่ำงกัน 180 องศำ
1
2
|S1P – S2P| = [𝑛 − ] 𝜆 ,n = 1,2,3, … [ หำ Node ]
กำรเลี้ยวเบน (Diffraction)
ปรำกฏกำรณ์ที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่ำนสิ่ งกีดขวำง คลื่นส่ วนที่กระทบสิ่ งกีดขวำงเกิดกำรสะท้อนกลับ ส่ วนคลื่นที่ผ่ำน
ไปได้เกิดกำรแผ่จำกขอบของสิ่ งกีดขวำงไปจนถึงด้ำนหลังสิ่ งกีดขวำง โดยคลื่นเลี้ยวเบนยังคงมี ควำมยำว
คลื่น ควำมถี่ และอัตรำเร็วเท่ำเดิม อธิบำยได้โดยใช้ หลักของฮอยเกนส์ (Huygen’s principle)
(Diffraction Experiment)
ภำษำไม่ทำงกำร คือ เกิดใหม่แหละ 5555
Sol.
ควำมถี่ธรรมชำติ [Natural frequency]
-เป็นควำมถี่ในกำรสั่ นสะเทือนของวัตถุที่ทำให้วัตถุสั่นหรือแกว่งอย่ำงอิสระ
Ex. กำรแกว่งของ [เพนดูลัม] ที่เชือกยำวเท่ำนี้ แกว่งด้วยควำมถี่ค่ำเดียวเท่ำนั้น
-ถึงเรำจะบังคับให้มันแกว่งด้วยควำมถีอ
่ ื่น สุ ดท้ำยมันก็กลับมำแกว่งด้วยควำมถี่เฉพำะตัวของมันเอง เขำเลยตั้งชื่อให้ควำมถี่ของวัตถุ
ชิ้นนั้นๆว่ำ [ควำมถี่ธรรมชำติ]
ก็เหมือนควำมรักอ่ะ
ถึงเรำจะพยำยำมแทบตำย สุ ดท้ำยเป็นได้แค่เพื่อนอยู่ดี -_-
Pendulum [ 𝜔 =
1 𝑔
𝑓=
2𝜋 𝑙
𝑔
]
𝑙
𝑓∝
หน่วยเป็น 𝑠 −1 or Hz
1
𝑙
กำรสั่ นพ้อง [Resonance]
เมื่อวัตถุถูกกระทำด้วยแรงหรือสั ญญำณที่มีควำมถี่เท่ำกับ or ใกล้เคียงกับควำมถี่ธรรมชำติของ
วัตถุ วัตถุนั้นจะสั่ นด้วยควำมถี่นั้นและด้วยแอมปลิจด
ู ที่ใหญ่ แต่ถ้ำเป็นคลื่นเสี ยงก็จะทำให้เสี ยงดัง
มำกขึ้น จนอำจทำให้วัตถุน้น
ั เสี ยหำย หรืออำจเกิดควำมรำคำญได้
Ex. เพนดูลัม กับ ส้ อมเสี ยง
[ เพนดูลัม = ลูกตุ้ม ] นั้นแหละ
แค่อยำกให้ชื่อมันดูเท่55555
What is resonance in a pendulum?
-ควำมถี่ต่ำง ไม่ขยับ [ถึงขยับแต่ขยับเบำมำกๆๆๆๆ]
-ควำมถี่เหมือน ทำให้เพนดูลัมอื่นที่ควำมถี่หมือน ขยับไปด้วย
จำกภำพ เมื่อเรำทำให้เพนดูลัม 1 แกว่ง มันจะทำให้เพนดูลัม 4 แกว่ง
มำกขึ้นเองอย่ำงเห็นได้ชัด เพรำะ ควำมถี่ธรรมชำติของเพนดูลัม 1 มัน
ไปตรงกับควำมถี่ของคำน ส่ วนอันอื่นๆนั้นไม่แกว่งตำม เพรำะ กำรสั่ น
ของคำนไม่ตรงกับควำมถีธ
่ รรมชำติของมัน
นี้สินะที่เรียกว่ำ “ใจตรงกัน” แฮะๆๆ
Experiment
คลื่นนิง่ (standing wave)
คือกำรแทรกสอดของคลื่นต่อเนื่อง 2 ขบวนที่มีลักษณะเหมือนกัน [ 𝜆 ก็เท่ำกันด้วย ] เคลื่อนที่เข้ำหำกัน
ในตัวกลำงเดียวกัน ตอนที่คลื่นกำลังแทรกสอดกัน ภำพที่เรำเห็นเหมือนกับว่ำ คลื่นมัน ไมได้ขยับไปไหน
มีแต่นูนขึ้นนนลงสลับกัน จนเรำมองแล้วตำลำย ตรงไหนเสริมมำกก็มำก ตรงไหนเสริมน้อยก็น้อยด้วย
-จุดเสริมกัน = ปฏิบัพ [Antinode]
-จุดหักล้ำงกัน =บัพ [Node]
*ทั้งคู่อยู่ตรงจุดเดิมตลอดงับบบ
กำรเคลื่อนที่ของคลื่นนิ่ง
Sol.ตัวอย่ำงข้อสอบ
Sol.ตัวอย่ำงข้อสอบ
2. ลูกตุ้มนำฬิ กำผูกด้วยเชือกยำว 1.6 เมตร จะสั่ นด้วยคำบเท่ำใด กำหนดให้ g = 10 m/s2
ก. 8.72 s
ข. 1.60 s
ค. 2.52 s
ง. 4.25 s
5. คลื่นตำมยำวและคลื่นตำมขวำงมีสิ่งใดที่ต่ำงกัน
ก. ควำมยำวคลื่น
ข. ทิศกำรเคลื่อนที่ของคลื่น
ค. ประเภทของแหล่งกำเนิด
ง. ทิศกำรสั่ นของอนุภำคตัวกลำง
Sol.ตัวอย่ำงข้อสอบ
End
Thanks for Reading ^v^
สมำชิก
นำย ศิริภูมิ สิ งห์สกุล ม.5/3 เลขที่ 19 [ผู้จัดทำ]
Download