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]