คลื่น

เรื่องคลื่น

การเคลื่อนที่แบบคลื่น เป็นการถ่ายทอดพลังงานและโมเมนตัม จากแหล่งกำเนิดไปยังบริเวณโดยรอบ

การเกิดคลื่นมีองค์ประกอบ

             1.  แหล่งกำเนิด  

             2. การสั่นสะเทือนของแหล่งกำเนิด  

             3. ตัวกลาง (เฉพาะคลื่นกล)

1.  การจำแนกคลื่น

1.1  จำแนกคลื่นตามการใช้ตัวกลางในการแผ่

             ก.  คลื่นกล (Mechanical wave) คือ คลื่นที่อาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ ได้แก่ คลื่นเสียง คลื่นน้ำ คลื่นในเส้นเชือกรูปร่างคลื่นบนเส้นเชือกและคลื่นบนผิวน้ำที่เกิดขึ้นเป็นรูปไซน์ (Sine wave)

             ข.  คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic wave) คือ คลื่นที่ไม่อาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ โดยการเคลื่อนที่เกิดจากการเหนี่ยวนำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ได้แก่ คลื่นแสง คลื่นวิทยุ คลื่นโทรทัศน์ คลื่นรังสี x – ray

1.2  จำแนกคลื่นตามการสั่นของแหล่งกำเนิด

             ก.  คลื่นตามขวาง (Transverse wave) คือ คลื่นที่ทิศทางการเคลื่อนที่อนุภาคของตัวกลางตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่น ได้แก่ คลื่นในเส้นเชือก คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คลื่นน้ำ * คลื่นตามขวางอาจเป็นคลื่นกล หรือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าก็ได้ *

             ข.  คลื่นตามยาว (Longitudinal wave) คือ คลื่นที่ทิศทางการเคลื่อนที่อนุภาคของตัวกลางขนานกับทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่น ได้แก่ คลื่นเสียง คลื่นที่เกิดจากการอัดและขยายของขดลวดสปริง * คลื่นตามยาวทุกแบบเป็นคลื่นกล *

1.3  จำแนกคลื่นตามความต่อเนื่องของแหล่งกำเนิด

             ก.  คลื่นดล (Pulse wave) คือ คลื่นที่เกิดจากแหล่งกำเนิดสั่นเพียงครั้งเดียว หรือสองครั้ง ทำให้เกิดคลื่นเพียงหนึ่งหรือสองลูกคลื่นเท่านั้น เช่น การโยนก้อนหินก้อนเดียวลงไปในน้ำ จะพบว่าคลื่นดลเพียงกลุ่มหนึ่งกระจายออกไปรอบๆ ไม่นานผิวน้ำจะนิ่ง คลื่นดลอาจมีลักษณะกระจายออกจากแหล่งกำเนิดเป็นแนวตรง หรือเป็นวงกลมก็ได้แล้วแต่แหล่งกำเนิดที่ทำให้เกิดคลื่น

             ข.  คลื่นต่อเนื่อง (Continuous wave) คือ คลื่นที่เกิดจากการสั่นของแหล่งกำเนิดหลายครั้งติดต่อกัน ทำให้เกิดคลื่นหลายลูกติดต่อกัน เช่น คลื่นน้ำที่เกิดจากการใช้มอเตอร์ ทำให้ไม้ในถาดคลื่นสั่น จึงเป็นคลื่นน้ำ

2.  ส่วนประกอบของคลื่น

1.  สันคลื่น หรือ ยอดคลื่น (Crest) คือ ส่วนที่นูนหรือสันบนสุดของคลื่นแต่ละลูก

2.  ท้องคลื่น (Trough) คือ ส่วนล่างสุดของคลื่นแต่ละลูก

3.  การกระจัด (Displacement) คือ ระยะที่วัดจากแนวกลาง (แนวสมดุล) ไปยังตำแหน่งใดๆ บนคลื่น

4.  ช่วงกว้างของคลื่น หรือ แอมพลิจูด  (Amplitude ; A) คือ ระยะกระจัดที่มีค่ามากที่สุดจากแนวสมดุลไปยังสันคลื่นหรือท้องคลื่น โดยพลังงานของคลื่น  (แอมพลิจูด)²

           คลื่นน้ำ แอมพลิจูด แสดง ความสูงต่ำของการกระเพื่อมของน้ำ

คลื่นเสียง แอมพลิจูด แสดง ความดังค่อยของเสียง

คลื่นแสง แอมพลิจูด แสดง ความเข้มของแสง (มืด – สว่าง)

5.  ความยาวคลื่น (Wave length ; ) คือ ความยาวของ 1 คลื่น เป็นระยะทางที่วัดจากเฟสถึงเฟสเดียวกันของคลื่นถัดไป

6.  เฟส (Phase) คือ การเรียกตำแหน่งบนคลื่น โดยมีความสัมพันธ์กับการกระจัดของการเคลื่อนที่ของคลื่น

7.  คาบ (Period : T) คือ เวลาของการเกิดคลื่น 1 คลื่น วัดเวลาจากเฟสถึงเฟส ของคลื่นที่ต่อเนื่องกัน

8.  ความถี่ (Frequency ; f) คือ จำนวนคลื่นใน 1 หน่วยเวลา โดย

9.  หน้าคลื่น (Wave front) คือ แนวทางเดินของตำแหน่งบนคลื่นที่มีเฟสเท่ากัน ในคลื่นขบวนหนึ่งอาจมีหน้าคลื่นกี่หน้าก็ได้ และหน้าคลื่นที่ติดกันจะห่างกันเท่ากับความยาวคลื่น

             -  หน้าคลื่นเส้นตรง เกิดจากแหล่งกำเนิดเป็นสันยาว เช่น สันไม้บรรทัดกระทบผิวน้ำ ทิศทางคลื่นขนานกัน

             -  หน้าคลื่นวงกลม เกิดจากแหล่งกำเนิดเป็นจุด เช่น ปลายดินสอกระทบผิวน้ำ ทิศทางคลื่นเป็นแนวรัศมีของวงกลม

             -  หน้าคลื่นที่เขียนด้วยเส้นเต็ม คือ หน้าคลื่นที่เป็นสันคลื่น (เฟส  หรือ 90 องศา)

             -  หน้าคลื่นที่เขียนด้วยเส้นประ คือ หน้าคลื่นที่เป็นท้องคลื่น (เฟส  หรือ 270 องศา)

10.  รังสี (Ray) คือ เส้นแสดงแนวหรือทิศการเคลื่อนที่ของคลื่น โดยรังสีของคลื่นจะมีทิศตั้งฉากกับหน้าคลื่นเสมอ