ฟิสิกส์ 3 คลื่นเสียง

2. ธรรมชาติของเสียง
เสียง เป็นคลื่นกลที่เกิดจากการสั่นสะเทือนของวัตถุ เมื่อวัตถุสั่นสะเทือน ก็จะทาให้เกิด
การอัดตัวและขยายตัวของคลื่นเสียง และถูกส่งผ่านตัวกลาง เช่น อากาศ ไปยังหู แต่
เสียงสามารถเดินทางผ่านสสารในสถานะก๊าซ ของเหลว และของแข็งก็ได้ แต่ไม่สามารถ
เดินทางผ่านสุญญากาศได้

3. อัตราเร็วของเสียง
นักฟิสิกส์ศึกษาอัตราเร็วของเสียงในอากาศ เขาได้พบว่าอัตราเร็วของเสียงในอากาศมี
ความสัมพันธ์กับอุณหภูมิของอากาศโดยประมาณ ตามสมการ
และสามารถเปรียบเทียบอัตราเร็วเสียงที่อุณหภูมิแตกต่างกันได้ดังสมการ
V = 331 + 0.6 t = 20 T
v2
v1
=
T1
T2

4. การสะท้อนของ
เสียง
การเลี้ยวเบนของ
เสียง
เสียงกับการแทรก
สอด การหักเหของเสียง
สมบัติของคลื่นเสียง

5. (Interference)

6. ตาแหน่งที่เสียงรวมกันแบบเสริม เรียกว่า ปฏิบัพ (Antinode) ซึ่งตาแหน่งนี้
เราจะได้ยินเสียงดังกว่าปกติ และตาแหน่งที่เสียงรวมกันแบบหักล้าง เรียกว่า บัพ
(Node) ตาแหน่งนี้เราจะได้ยินเสียงค่อยกว่าปกติ

7. ตัวอย่างที่ 1
ตัวอย่างการ
คานวณ

8. (Diffraction)

10. ตัวอย่างที่ 2
ตัวอย่างการ
คานวณ

11. (Reflection)

12. เมื่อเสียงเคลื่อนที่กระทบกับ
สิ่งกีดขวาง หรือเคลื่อน
ที่ถึงผิวของรอยต่อของตัว
กลาง หรือตัวกลางชนิด
เดียวกันแต่อุณหภูมิต่างกัน
จะทาให้เกิดการกระท้อน
ของเสียง โดยเสียงสะท้อนที่
วัตถุผิวเรียบได้ดีกว่าวัตถุผิว
ขรุขระ
ถ้าเสียงเคลื่อนที่จากตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยไปสู่ตัวกลางที่มีความ
หนาแน่นมากกว่า ทาให้เฟสของเสียงเปลี่ยนไป 𝜋 เรเดียน เพราะโมเลกุลที่
บริเวณนั้นไม่สามารถสั่นได้ (เหมือนการสะท้อนของคลื่นในเส้นเชือกปลายตรึง)

13. เสียงก้อง (Echo)
เสียงก้อง หรือเสียงสะท้อนกลับ (Echo) เกิดจากเสียงสะท้อนใช้
เวลาเดินทางออกจากแหล่งกาเนิดไปสะท้อนที่ผิวสะท้อนแล้วมาถึงหูผู้ฟังใช้เวลามากกว่า
เสียงจากแหล่งกาเนิดโดยตรงมากกว่า 0.1 วินาที เป็นต้นไปทาให้ผู้ฟังแยกเสียงทั้งสองออก
จากกันได้เป็น 2 เสียง เช่น การตะโกนในถ้า หรือห้องโถงขนาดใหญ่

14. การสะท้อนของคลื่นเสียงจะ
เกิดขึ้นได้ดีเมื่อวัตถุหรือตัวสะท้อนมี
ขนาดเท่ากับหรือโตกว่าขนาดของ
ความยาวคลื่นเสียง
เสียงก้อง (Echo)
ผิวสะท้อนโตกว่าความยาวคลื่นเสียง

15. 1. ใช้ในการหาความลึกของทะเล โดยส่ง
สัญญาณเสียงออกไป แล้วจับเวลาที่สัญญาณเสียง
สะท้อนกลับมา แล้วนามาคานวณหาความลึกของ
ทะเล

16. 2. ใช้สารวจเกี่ยวกับลักษณะของชั้นหินที่อยู่ใต้ดินโดย
การจับเวลาที่เสียงสะท้อนจากชั้นหินแล้วนามา
วิเคราะห์เพื่อให้ทราบถึงโครงสร้างของชั้นหิน ซึ่งบอก
ถึงทรัพยากรที่อาจมีอยู่ในชั้นหินนั้นๆ

17. 3. ใช้ในการออกแบบอาคารต่างๆ เพื่อไม่ให้เกิดเสียง
ก้อง โดยพิจารณาขนาดรูปร่างและชนิดของวัสดุที่ใช้
ทาผิวสะท้อน เป็ นต้น

18. ตัวอย่างที่ 1 เป็นต่อนั่งอยู่บนบอลลูนซึ่ง
กาลังเคลื่อนที่ขึ้นด้วยความเร็วคงตัว 10 เมตร
ต่อวินาที ขณะที่อยู่สูงจากพื้นเป็นระยะ 500
เมตร เป็นต่อได้ส่งคลื่นเสียงลงไป จงหาว่าเป็น
ต่อจะได้ยินเสียงสะท้อนกลับเมื่อเวลาผ่านไป
เท่าใดหลังจากส่งคลื่นเสียง หากความเร็วเสียง
ในอากาศขณะนั้นเท่ากับ 340 เมตรต่อวินาที
(3.03 วินาที)
ตัวอย่างการ
คานวณ

19. (Refraction)

20. การหักเหของเสียงเกิดขึ้นเมื่อเสียงเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางต่างชนิด
กัน ทาให้ความยาวคลื่นและอัตราเร็วเสียงเปลี่ยนไป หรือ
เสียงเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางชนิดเดียวกันแต่อุณหภูมิแตกต่างกัน ทาให้
อัตราเร็วของเสียงเปลี่ยนแปลงไป
เป็ นไปตามกฎของกฎของสเนลล์
(Snell’s law)
sin θ1
sin θ2
=
λ1
λ2
=
v1
v2
เนื่องจาก v ∝ T จะได้
sin θ1
sin θ2
=
λ1
λ2
=
v1
v2
=
T1
T2

21. การหักเหของเสียงเมื่อเสียงเดินทางในอากาศจากบริเวณที่มีอุณหภูมิต่า
ไปสู่บริเวณที่มีอุณหภูมิสูง เสียงจะเบนออกจากเส้นปกติ ( θ2 > θ1 )
และเมื่อเสียงเดินทางในอากาศจากบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงไปสู่บริเวณที่มี
อุณหภูมิต่า คลื่นเสียงจะเบนเข้าหาเส้นปกติ ( θ1 > θ2 )

22. มุมวิกฤต (Critical Angle : θc)
มุมวิกฤต เป็ นมุมตกกระทบค่าหนึ่ง ที่ทาให้เกิด
มุมหักเหมีค่าเป็ น 90 องศา มุมวิกฤตจะเกิดขึ้นได้เมื่อ
รังสีตกกระทบผ่านตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากไปยัง
ตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อย

23. มุมวิกฤต (Critical Angle : θc)
ก า ร ส ะ ท้ อ น
กลับหมด เกิดจาก
ก า ร เ ดิน ท า ง ข อ ง
เสียงจากตัวกลางที่มี
ความหนาแน่นมาก
ไ ป ยัง ตัว ก ล า ง ที่มี
ความหนาแน่นน้อย
ก ว่ า เ มื่ อ เ สี ย ง
เดินทางถึงรอยต่อ
ระหว่างตัวกลาง จะ
เกิดการสะท้อนกลับ

24. ตัวอย่างที่ 2คลื่นเสียงเคลื่อนที่จากตัวกลางที่ 1 ไปยังตัวกลางที่ 2 โดย
ทามุมตกระทบกับรอยต่อระหว่างตัวกลางเป็นมุม 30 องศา ถ้าอัตราเร็วของ
เสียงเพิ่มขึ้นเป็ นสองเท่า ของอัตราเร็ วเดิม ให้ หามุมหักเห
ในตัวกลางที่ 2 (90 องศา)
ตัวอย่างการ
คานวณ

25. 1. การเกิดฟ้าแลบแล้วไม่ได้ยินเสียงฟ้าร้อง
ปรากฏการณ์หักเหของเสียงในธรรมชา
ในขณะเกิดฟ้าแลบ ถ้าอากาศ
เบื้องบนมีอุณหภูมิ ต่ากว่าอากาศเบื้อง
ล่าง ทาให้เสียงฟ้าแลบเคลื่อนที่จาก
อากาศที่มีอุณหภูมิต่าไปอุณหภูมิสูงกว่า
ทิศของเสียงจะเบนออกจากเส้นแนวฉาก
และเมื่อมุมตกกระทบโตกว่ามุมวิกฤต
จะทาให้เสียงเกิดการสะท้อนกลับหมดไป
ยังอากาศเบื้องบน จึงทาให้ไม่ได้ยินเสียง
ฟ้าร้อง

26. 2. การได้ยินในเวลากลางคืนดังชัดเจนกว่าในเวลากลางวัน
ปรากฏการณ์หักเหของเสียงในธรรมชา
ต อ น
กลางวัน
อากาศเหนือ
พื้น ดิ น จ ะ มี
อุ ณ ห ภู มิ สู ง
ก ว่ า อ า ก า ศ
บริเวณด้านบน
เสียงจะหักเห
ขึ้นสู่อากาศ

27. 2. การได้ยินในเวลากลางคืนดังชัดเจนกว่าในเวลากลางวัน
ปรากฏการณ์หักเหของเสียงในธรรมชา
ตอนกลางคืนนั้น
อากาศเหนือพื้นดินจะมีอุณหภูมิต่า
กว่าอากาศบริเวณด้านบน เสียงจะหัก
เหลงสู่พื้นดิน

28. 3. การหักเหของเสียงเนื่องจากลม
ปรากฏการณ์หักเหของเสียงในธรรมชา
เมื่อมีลมพัดทาให้ทิศทางของคลื่นเสียงเปลี่ยนแปลงไปโดยเมื่อมีลมพัดจากซ้าย
ไปขวา ซึ่งอัตราเร็วของลม ตอนบนจะมากกว่าตอนล่าง เนื่องจากตอนล่างมีสิ่งกีดขวางทา
ให้อัตราเร็วของลมลดลง จึงทาให้อัตราเร็วเสียง และความยาวคลื่นเสียงในทิศทางต่างๆ
เปลี่ยนไป