คลื่น (WAVE)

คลื่น (WAVE)  หมายถึง ลักษณะของการถูกรบกวน ที่มีการแผ่กระจาย เคลื่อนที่ออกไป ในลักษณะของการกวัดแกว่ง หรือกระเพื่อม และมักจะมีการส่งถ่ายพลังงานไปด้วย คลื่นเชิงกลซึ่งเกิดขึ้นในตัวกลาง (ซึ่งเมื่อมีการปรับเปลี่ยนรูป จะมีความแรงยืดหยุ่นในการดีดตัวกลับ) จะเดินทางและส่งผ่านพลังงานจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งในตัวกลาง โดยไม่ทำให้เกิดการเคลื่อนตำแหน่งอย่างถาวรของอนุภาคตัวกลาง คือไม่มีการส่งถ่ายอนุภาคนั่นเอง แต่จะมีการเคลื่อนที่แกว่งกวัด(oscillation) ไปกลับของอนุภาค อย่างไรก็ตามสำหรับ การแผ่รังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และ การแผ่รังสีแรงดึงดูด นั้นสามารถเดินทางในสุญญากาศได้ โดยไม่ต้องมีตัวกลาง

 คุณสมบัติของคลื่น 

                                   1.    การสะท้อนของคลื่น (Reflection) 
                                   2.    การหักเหของคลื่น (Refraction)
                                   3.    การแทรกสอดของคลื่น (Interference)
                                   4.    การเลี้ยวเบนของคลื่น  (Diffraction)

    1. การสะท้อนของคลื่น (Reflection)           

การสะท้อน คือ การที่คลื่นเคลื่อนที่ไปตกกระทบกับสิ่งกีดขวางหรือรอยต่อระหว่างตัวกลางแล้วเปลี่ยนทิศสะท้อนกลับมาในตัวกลางเดิม          ปรากฎการณ์ที่เรามักเห็นได้บ่อยในเรื่องการสะท้อนคือ การได้ยินเสียงก้อง ซึ่งเกิดจากการที่คลื่นเสียงวิ่งไปกระทบกับสิ่งกีดขวาง เช่น กำแพง แล้วสะท้อนกลับมา โดยที่ระยะเวลาในการเดินทางไปและกลับมีค่ามากพอที่หูเราจะแยกได้          การสะท้อนนั้นมีหลักการที่สำคัญคือ มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน ซึ่งเราเรียกหลักการนี้ว่า กฎการสะท้อน ดังแสดงในรูปด้านล่างซึ่งแสดงคลื่นน้ำที่เคลื่อนที่ไปตกกระทบกับสิ่งกีดขวางแล้วสะท้อนออกมา                                                กฎการสะท้อนของคลื่น            1. มุมตกกระทบ = มุมสะท้อน               2. รังสีตกกระทบ เส้นตั้งฉากและรังสีสะท้อน ต้องอยู่บนระนาบเดียวกัน

      ตัวอย่างการสะท้อนของคลื่น                            

1. การสะท้อนของคลื่นน้ำ เนื่องจากโมเลกุลของน้ำไม่ถูกยึดติดกับผิวสะท้อน(เป็นปลายอิสระ) ดังนั้นคลื่นสะท้อนจึงมีเฟสคงเดิม

                   

         รูปแสดงสถานการณ์จำลองการสะท้อนของคลื่นผิวน้ำ

   2. การสะท้อนของคลื่นในเส้นเชือก

     - การสะท้อนที่ปลายอิสระ (Free End)  คลื่นสะท้อนจะมีเฟสเดียวกับคลื่นตกกระทบ

          

          

    - การสะท้อนที่ปลายตรึง (Fix End)  คลื่นสะท้อนจะมีเฟสตรงข้ามกับคลื่นตกกระทบ

  

 

                                            

            ที่มา : http://www.sa.ac.th/winyoo/mechanicswave/wave_geometric/reflect/reflection.htm

             http://www.il.mahidol.ac.th/e-media/waves/properties/reflection.htmll

                  http://www.icphysics.com/modules.php?name=Content&pa=showpage&pid=54

           2.    การหักเหของคลื่น (Refraction) 

การหักเห เกิดขึ้นเมื่อคลื่นเคลื่อนที่ผ่านแนวรอยต่อระหว่างสองตัวกลางเช่น คลื่นน้ำเคลื่อนที่จากบริเวณน้ำตื้นไปสู่น้ำลึกโดยตกกระทบทำมุมเฉียงกับแนวรอยต่อระหว่างตัวกลาง จะทำให้เกิดการเบี่ยงเบนทิศทางการเคลื่อนที่ การหักเหนี้เป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงอัตราเร็วคลื่นเมื่อคลื่นเปลี่ยนตัวกลางเนื่องจากบริเวณน้ำตื้นและน้ำลึกนั้นทำตัวเสมือนเป็นคนละตัวกลาง ทำให้คลื่นมีอัตราเร็วต่างกันและยังทำให้ความยาวคลื่นเปลี่ยนไปด้วย แต่ความถี่ยังคงเท่าเดิม กฎการหักเหของคลื่น 1. รังสีตกกระทบ รังสีหักเห และเส้นปกติอยู่บนระนาบเดียวกัน กรณีที่ 1  การเคลื่อนที่ของคลื่นเชือกผ่านตัวกลางต่างชนิดกัน                                         กรณีที่ 2  การเคลื่อนที่ของคลื่นเชือกผ่านตัวกลางต่างชนิดกัน                              กรณีที่ 3  คลื่นหน้าตรงวิ่งผ่านรอยต่อตัวกลางที่มีความเร็วไม่เท่ากันในทิศทางที่ไม่ตั้งฉากกับรอย ต่อตัวกลาง                                                                                                                                                                                           ที่มา :   http://www.icphysics.com/modules.php?name=Content&pa=showpage&pid=54                                                                        http://irrigation.rid.go.th/rid17/Myweb/machanical/commu/vorapot1.html     3. การแทรกสอดของคลื่น (Interference)        การแทรกสอดเป็นปรากฎการณ์ที่เกิดขึ้นได้เมื่อคลื่นสองขบวนเคลื่อนที่บนตัวกลางเดียวกันมาพบกันทำให้เกิดคลื่นลัพธ์จากการรวมกันของคลื่นทั้งสองขณะที่เกิดการซ้อนทับกัน                                              การแทรกสอดกันของคือจะมีสองชนิด คือ - การรวมแบบเสริมกัน (Constructive Interference) จะมีค่าแอมพลิจูดมาก คือตำแหน่ง   ปฏิบัพ(Antinode : A)     n = 0 , 1 , 2 , 3 , ... -  การรวมแบบหักล้างกัน  (Destructive Interference) จะมีค่าแอมพลิจูดน้อยเกือบเป็นศูนย์ คือตำแหน่ง  บัพ(node : N)   n = 1 , 2 , 3 , ...                                                                                                                                   แหล่งกำเนิดคลื่นอาพัน : (Coherence Sources)   คือแหล่งกำเนิดคลื่นที่มีความถี่เท่ากัน ความยาวคลื่นเท่ากัน อัตราเร็วเท่ากัน แอมพลิจูดเท่ากัน มีเฟสตรงกันหรือต่างกันคงที่ 1. การแทรกสอดของคลื่น 2 ขบวน เคลื่อนที่ในแนวเส้นตรงเดียวกัน     2. การซ้อนทับของคลื่นที่วิ่งคนละแนว                                                                                                                                                                                                                                                              ที่มา :  http://www.pm.ac.th/wave/interference.html           4. การเลี้ยวเบนของคลื่น (Diffraction)                                                      การเลี้ยวเบนของคลื่น  ถือเป็นคุณสมบัติที่สำคัญประการหนึ่งของคลื่นซึ่งเป็นสิ่งที่ชี้ให้เห็นความแตกต่างระหว่างคลื่นกับอนุภาค เกิดขึ้นจากการที่คลื่นต่อเนื่องเดินทางไปพบสิ่งกีดขวางซึ่งจะทำให้เกิดการสะท้อนกลับบางส่วน และคลื่นบางส่วนแผ่จากขอบของสิ่งกีดขวางไปทางด้านหลังของสิ่งกัดขวางนั้น คล้ายกับคลื่นเคลื่อนที่อ้อมผ่านสิ่งกีดขวางนั้น ซึ่งเราเรียกว่าการเลี้ยวเบนของคลื่น                                                  แสดงการเลี้ยวเบนของคลื่นเมื่อเคลื่อนที่ผ่านสิ่งกีดขวาง                   เมื่อให้คลื่นต่อเนื่องเส้นตรงความยาวคลื่นคงตัวเคลื่อนที่ผ่านสิ่งกีดขวางที่มีลักษณะเป็นช่องเปิดที่เรียกว่า สลิต (slit) การเลี้ยวเบนจะแตกต่างกันโดยลักษณะคลื่นที่เลี้ยวเบนผ่านไปได้จะขึ้นอยู่กับความกว้างของสลิตดังรูป                                                                                                                                                                                                      ที่มา : http://www.pm.ac.th/wave/diffraction2.html                                                                                http://www.thaigoodview.com/node/74175