บทที่ 8
                                   คลื่นและคลื่นเสียง
          คลื่นที่นักศึกษาจะไดเรียนในบทนี้คือคลื่นกล ซึ่งเปนคลื่นที่ตองอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ สิ่งที่
คลื่นนําไปดวยพรอมกับการเคลื่อนที่คือพลังงาน พลังงานเคลื่อนที่ผานตัวกลางตาง ๆ จะมีปริมาณตาง ๆ กัน
ไปในแตละกรณี เชน พลังงานของคลื่นในทะเลขณะที่พายุจะมีคามากกวาพลังงานที่เกิดจากคลื่นเสียงที่เรา
ตะโกนออกไป
8.1 ชนิดของคลื่น
           เราสามารถแบงคลื่นออกเปน 2 ชนิดเมื่อพิจารณาจากลักษณะการเคลื่อนที่ของอนุภาคตัวกลางขณะ
คลื่นเคลื่อนที่ผาน คือ คลื่นตามยาว และ คลื่นตามขวาง
           คลื่นตามยาว เปนคลื่นที่อนุภาคของตัวกลางสั่นในแนวเดียวกับการเคลื่อนที่ของคลื่น ตัวอยางคลื่น
ตามยาว เชน คลื่นในสปริง คลื่นเสียง เปนตน




                                       รูปที่ 8.1 คลื่นตามยาวในสปริง

         คลื่นตามขวาง          เปนคลื่นที่อนุภาคของตัวกลางสั่นในแนวตั้งฉากกับแนวการเคลื่อนที่ของคลื่น
ตัวอยางคลื่นตามขวาง เชน คลื่นในเสนเชือก เปนตน




                                      รูปที่ 8.2 คลื่นตามขวางในสปริง

                    เมื่อพิจารณาลักษณะของการทําใหเกิดคลื่น         เราอาจแบงคลื่นออกเปนคลื่นดลและคลื่น
ตอเนื่อง โดยคลื่นที่เกิดจากการสั่นของแหลงกําเนิดคลื่นในชวงเวลาสั้น ๆ หรือการไปรบกวนแหลงกําเนิด
คลื่นเพียงครั้งเดียว เรียกคลื่นนี้วา คลื่นดล และถาแหลงกําเนิดคลื่นสั่นตอเนื่องหรือการรบกวนแหลงกําเนิด
คลื่นอยางตอเนื่อง เรียกคลื่นที่เกิดขึ้นวา คลื่นตอเนื่อง
ฟสิกสเบื้องตน                                                                                  78

8.2 สวนประกอบของคลื่น
       เมื่อพิจารณาสวนประกอบของคลื่น จะเห็นลักษณะทางกายภาพที่สําคัญของคลื่น 3 ประการ คือ
ความยาวคลื่น ความถี่และอัตราเร็วของคลื่น นอกจากนี้คลื่นยังมีองคประกอบอื่น ๆ อีก ดังตอไปนี้




                                    รูปที่ 8.3 สวนประกอบของคลื่น

          ความยาวคลื่น หมายถึงระยะที่นอยที่สุดระหวางจุด 2 จุดบนคลื่นที่มีลักษณะการเคลื่อนที่
เหมือนกันทุกประการ เราใชสัญลักษณ λ แทนความยาวคลื่น มีหนวยเปน เมตร
          ความถี่ของคลื่น หมายถึงจํานวนคลื่นที่ผานจุด ๆ หนึ่ง ในหนึ่งหนวยเวลาหรือจํานวนรอบที่
แหลงกําเนิดคลื่นหรือตัวกลางสั่นไดในหนึ่งหนวยเวลา ใชสัญลักษณ f มีหนวยเปนรอบตอวินาที หรือ
เฮิรตซ (Hz)
          คาบของคลื่น หมายถึงชวงเวลาที่คลื่นเคลื่อนที่ได 1 ความยาวคลื่น หรือเวลาที่แหลงกําเนิดคลื่น
หรือตัวกลางที่คลื่นเคลื่อนที่ผานครบ 1 รอบ ใชสัญลักษณ T มีหนวยเปนวินาที
          แอมพลิจูด หมายถึงขนาดของการกระจัดสูงสุดของอนุภาคของตัวกลางที่คลื่นผานจากตําแหนง
สมดุลเดิม ใชสัญลักษณ A มีหนวยเปน เมตร
          อัตราเร็วคลื่น หมายถึงระยะทางที่คลื่นเคลื่อนที่ไดใน 1 หนวยเวลา ใชสัญลักษณ v มีหนวยเปน
เมตร/วินาที
          8.2.1 ความสัมพันธระหวางความถี่และคาบของคลืน
                                                      ่
          เมื่อพิจารณาจากความหมายของคาบและความถี่ของคลื่น จะไดความสัมพันธดังนี้
                                          1
                                     T=                                                          (8.1)
                                          f
          เนื่องจากในเวลา T วินาที คลื่นเคลื่อนที่ไดระยะทาง λ เมตร
                                                    ระยะทาง
ดังนั้นจาก                           อัตราเร็ว =
                                                       เวลา
ดังนั้น                             v = fλ                                                       (8.2)




                   สําหรับนักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสื่อสารมวลชน
ฟสิกสเบื้องตน                                                                               79

ตัวอยางที่ 8.1 คลื่นตอเนื่องขบวนหนึ่งมีความถี่ 90 เฮิรตซ ขณะเวลาหนึ่งมีลักษณะดังรูป ถาแกน x และ
แกน y แทนระยะทางในหนวยเซนติเมตร จงหาแอมพลิจูด ความยาวคลื่น คาบ อัตราเร็วของคลื่น ตามลําดับ




วิธทํา
   ี
       จากรูปวัดคาแอมพลิจูดของคลื่นไดเทากับ 1 เซนติเมตร คาความยาวคลื่นได 2 เซนติเมตร
       หาคาบของคลื่น
                                             1
                          T          =
                                              f
                                              1
       แทนคา             T          =
                                             90
                                     =       0.011 s
       ดังนั้นคาบของคลื่นเทากับ 0.011 วินาที
       หาอัตราเร็วของคลื่น
                          v         =       fλ
       แทนคา             v         =       (90)(2 × 10-2)
                                    =       1.8 m/s
คําตอบ อัตราเร็วของคลื่นมีคาเทากับ 1.8 เมตรตอวินาที

          8.2.2 เฟสของคลื่น
         เฟสของคลื่นเปนการบอกตําแหนงตาง ๆ บนคลื่น โดยบอกเปนมุมในหนวยองศาหรือเรเดียน
ลักษณะของคลื่นสามารถนํามาเขียนในรูปของคลื่นรูปไซนได ดังนั้นตําแหนงตาง ๆ บนคลื่นรูปไซนจึงระบุ
ตําแหนงเปนมุมในหนวยองศาหรือเรเดียนได ซึ่งมุม 1 เรเดียนเทียบไดเทากับ 57.3 องศา มุม 360 องศา
เทียบไดเทากับ 2π เรเดียน




                          รูปที่ 8.4 ความสัมพันธระหวางมุมเรเดียนกับองศา

           เราสามารถเปรียบเทียบลักษณะการเคลื่อนที่ของอนุภาคตัวกลาง ณ 2 ตําแหนงขณะคลื่นขบวนหนึ่ง
เคลื่อนที่ผานไดวา 2 ตําแหนงนั้น มีเฟสตรงกันหรือเฟสตรงขามกันได

                   สําหรับนักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสื่อสารมวลชน
ฟสิกสเบื้องตน                                                                                          80




                                  รูปที่ 8.5 ตําแหนงตาง ๆ บนคลื่นรูปไซน

          พิจารณารูปที่ 8.5 จะเห็นวาจุด A กับจุด B อยูหางกัน 1 ความยาวคลื่น มีเฟสตางกัน 360 องศา
หรือ 2π เรเดียน เรากลาวไดวาจุด A และ จุด B มีเฟสตรงกัน สําหรับจุด A กับจุด C อยูหางกัน 2 เทาของ
ความยาวคลื่น มีเฟสตางกัน 720 องศาหรือ 4π เรเดียน จุด A กับจุด C ก็มีเฟสตรงกัน
            เมื่อพิจารณาจุด A กับจุด X อยูหางกัน λ/2 มีเฟสตางกัน 180 องศาหรือ π เรเดียน สําหรับจุด A
กับจุด Y อยูหางกัน 3λ/2 มีเฟสตางกัน 540 องศาหรือ 3π เรเดียน เราเรียกวาจุด A มีเฟสตรงขามกับจุด X
และจุด A ก็มีเฟสตรงขามกับจุด Y
          ดังนั้นสรุปไดวา จุดสองจุดที่อยูหางกัน λ, 2λ , 3λ , ........... จะมีเฟสตรงกัน สําหรับจุดสองจุดที่
อยูหางกัน λ/2 , 3λ/2 , 5λ/2 , ........... จะมีเฟสตางกัน
     
8.3 สมบัติของคลื่น
          คลื่นมีสมบัติ 4 ประการไดแก การสะทอน การหักเห การเลี้ยวเบน และการแทรกสอด
          8.3.1 การสะทอนของคลื่น
          คุณสมบัติประการหนึ่งของคลื่น คือ การสะทอน ลักษณะการสะทอนเปนไปตามสภาพของคลื่น
การสะทอนเกิดจากคลื่นเคลื่อนที่ไปกระทบสิ่งกีดขวางแลวเคลื่อนที่กลับมาในตัวกลางเดิมในการสะทอนของ
คลื่น รังสีตกกระทบ เสนปกติ และรังสีสะทอน อยูในระนาบเดียวกัน โดย
                            มุมตกกระทบ ( θ i ) = มุมสะทอน ( θ r )

                                               เสนปกติ
                           รังสีตกกระทบ                       รังสีสะทอน


                                                θi θ r
                      หนาคลื่นตกกระทบ                        หนาคลื่นสะทอน




                          รูปที่ 8.6 การเคลื่อนที่ของคลื่นตกกระทบและคลื่นสะทอน


                    สําหรับนักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสื่อสารมวลชน
ฟสิกสเบื้องตน                                                                                                                     81

                8.3.2 การหักเหของคลื่น
                เมื่อคลื่นเคลื่อนที่ผานเขาไปในตัวกลางที่เปลี่ยนไปจากเดิม                 ความเร็ว             และความยาวคลื่นจะ
เปลี่ยนไป มีผลทําใหทิศการเคลื่อนที่เบนไปจากแนวเดิม ปรากฏการณนี้เรียกวา “การหักเห”


  รั ง สี                               เส น ปกติ                       รั ง สี หั ก เห                   เส น ปกติ
                              λ1                                                                 λ2

                                                ตั ว กลางที่ 1                                                      ตั ว กลางที่ 2
                                                    (โปร ง)                                                            (โปร ง)
                                   θ1                                                                 θ2
   หน า คลื่ น                                                            หน า คลื่ น

                                                       λ2                                                                  λ1
                                        θ2                                                                 θ1
            ตั ว กลางที่ 2                               หน า คลื่ น           ตั ว กลางที่ 1                               หน า คลื่ น
                 (ทึ บ )                                                             (ทึ บ )
                                                     รั ง สี หั ก เห                                                      รั ง สี

                                     (ก)                                                       (ข)
                             รูปที่ 8.7       (ก) คลื่นเดินทางจากตัวกลางที่โปรงไปยังตัวกลางที่ทึบกวา
                                              (ข) คลื่นเดินทางจากตัวกลางที่ทึบไปยังตัวกลางที่โปรงกวา
                จากรูปที่ 8.7 (ก) เมื่อคลื่นเดินทางจากตัวกลางที่โปรงเขาไปยังตัวกลางที่ทึบ คลื่นเบนเขาหาเสน
ปกติ ความเร็ว และความยาวคลื่นหักเหในตัวกลางที่ 2 มีคาลดลง ในกรณีกลับกัน จากรูปที่ 8.7 (ข) เมื่อคลื่น
เดินทางจากตัวกลางที่ทึบเขาไปยังตัวกลางที่โปรง คลื่นเบนออกจาก เสนปกติ ความเร็ว และความยาวคลื่น
หักเหในตัวกลางที่ 2 มีคาเพิ่มขึ้น
                นิยามให “ดัชนีหักเห (n)” หมายถึง อัตราสวนระหวางความเร็วของแสงในสุญญากาศ (c) ตอ
ความเร็วของแสงในตัวกลางใด ๆ (v) ดังนั้น
                                                                                c
                                           ดัชนีหักเหของตัวกลางที่ 1 คือ n 1 =
                                                                               v1
                                                                                c
                                           ดัชนีหักเหของตัวกลางที่ 2 คือ n 2 =
                                                                               v2
                                            n1 v 2
ดังนั้น                                         =                                                                                   (8.3)
                                            n 2 v1




                               สําหรับนักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสื่อสารมวลชน
ฟสิกสเบื้องตน                                                                                                    82

       ตัวกลางที่ 1             จากรูปที่ 8.8 ไดความสัมพันธดังนี้
          (โปรง)                                       λ
             เสนปกติ                          sin θ1 = 1
   รังสี                                                AB
                      หนาคลื่น
                       λ                                λ
           θ
             Aθ
                                      1
                                               sin θ 2 = 2
                                                        AB
               1

                         1
                                 θ2        B
                        λ2                      ดังนั้น
                   θ2
หนาคลื่น
                              รังสีหักเห                     sin θ1 λ 1
                                                                    =
         ตัวกลางที่ 2                                        sin θ 2 λ 2
            (ทึบ)

รูปที่ 8.8 ภาพขยายของรูปที่ 8.7 (ก)
                                                                                                               v
                    เนื่องจากรังสีหักเหและรังสีตกกระทบมีความถี่เทากัน ดังนั้น   f = f1 = f 2   และจาก    λ=
                                                                                                               f

ดังนั้น สมการดานบนเปน
                                           sin θ1 v 1 n 2
                                                  = =
                                           sin θ 2 v 2 n 1
สมการที่ไดเรียกวา “กฎของสเนลล” มีความสัมพันธ ดังนี้
                                                sin θ1 λ 1 v 1 n 2
                                                       = = =                                                       (8.4)
                                                sin θ 2 λ 2 v 2 n 1
              ที่นาสนใจอีกประการหนึ่งก็คือกรณีของรูปที่ 7.7 (ข) มีความเปนไปไดวา ถา
                                                                                               θ1   มีมุมที่เหมาะสมจน
ทําให   θ2   มีมุมเทากับ 90o คลื่นหักเหจะเกิดการสะทอนกลับหมด ในกรณีนี้เรียก          θ1   วา “มุมวิกฤติ” ใช
สัญลักษณเปน            θc  พิจารณาจากกฎของสเนลล ดังนี้
                        sin θ1 λ 1 v 1 n 2
                                =     = =
                        sin 90 o λ 2 v 2 n 1
หรือ
                            ⎛n ⎞
               θ1 = sin −1 ⎜ 2 ⎟
                            ⎜n ⎟
                            ⎝ 1⎠
ดังนั้น มุมวิกฤติ คือ
                            ⎛n ⎞
               θ c = sin −1 ⎜ 2 ⎟
                            ⎜n ⎟                                                                                   (8.5)
                            ⎝ 1⎠




                              สําหรับนักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสื่อสารมวลชน
ฟสิกสเบื้องตน                                                                                          83

ตัวอยางที่ 8.2 คลื่นผิวน้ํามีความถี่ 12 เฮิรตซ เคลื่อนที่จากบริเวณน้ําลึกเขาสูบริเวณน้ําตื้น ดวยความเร็ว
0.18 เมตรตอวินาที โดยหนาคลื่นตกกระทบทํามุม 45 องศา กับเสนรอยตอน้ําลึกกับน้ําตื้น
        ก) เมื่อคลื่นเคลื่อนที่ผานเสนรอยตอน้ําลึกกับน้ําตื้น มุมหักเหเปนเทาใด กําหนดความยาวคลื่นใน
                                   
              น้ําตื้นเทากับ 1.0 เซนติเมตร
        ข) ความถี่ของคลื่นในน้ําตื้นเทากับกี่เฮิรตซ
วิธีทํา ก) จากสิ่งที่โจทยกําหนดให สามารถหาความยาวคลื่นบริเวณน้ําลึกได
        จาก                    v        =         fλ
                                                  v
        ดังนั้น                λ        =
                                                   f
                                                  0.18
                                        =
                                                    12
                                        =         1.5 × 10 −2 m
                                        sin θ1               λ1
        หามุมหักเห θ2 จาก                         =
                                        sin θ2               λ2
                                      sin45               1.5 × 10−2
          แทนคา                              =
                                       sin θ2             1.0 × 10−2
                                      sin θ2 =            0.471
                                       θ2        ≈         28
          ∴ มุกหักเหมีคาประมาณ 28 องศา
          ข) ความถี่บริเวณน้ําตื้นเทากับ 12 เฮิรตซ เนื่องจากเปนแหลงกําเนิดคลื่นเดียวกัน



          8.3.3 การแทรกสอดของคลื่น
          เมื่อคลื่นตอเนื่องจากแหงกําเนิดคลื่นสองแหลงเดินทางมาพบกันจะเกิดการซอนทับของคลื่นเรียก
ปรากฏการณนี้วา การแทรกสอดของคลื่น เพื่อใหการพิจารณางายขึ้น สมมติวามีคลื่นเพียง 2 ขบวนเขามาอยู
ในบริเวณเดียวกัน โดยคลื่นทั้งสองมีความถี่เทากัน และมีเฟสตรงกันหรือเฟสตางกันคงที่ การทําใหคลื่นสอง
ขบวนมีความถี่และเฟสเทากันทําไดโดยใหคลื่นทั้งสองเกิดจากแหลงกําเนิดอาพันธ (coherent source) การ
แทรกสอดของคลื่นที่เสริมกันจนมีแอมปลิจูดมากสุด เรียกวา “ปฏิบัพ” (antinode) ถาคลื่นหักลางกันจนมีแอม
ปลิจูดต่ําสุดหรือเปน 0 เรียกวา “บัพ” (node) ลักษณะการแทรกสอดจะเปนไปตามรูปที่ 8.9




                    สําหรับนักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสื่อสารมวลชน
ฟสิกสเบื้องตน                                                                                                         84


                                                    ปฎิบัพที่ยอดคลื่น
                                                    ปฎิบัพที่ทองคลื่น
                                                    บัพ
                           ทองคลื่น                                              ทองคลื่น




                                              S1                         S2
                          ยอดคลื่น                                                ยอดคลื่น
                                                   แหลงกําเนิดอาพันธ

          รูปที่ 8.9 การแทรกสอดของคลื่นน้ําที่เกิดจากแหลงกําเนิดอาพันธ 2 แหลง คือ                  S1   และ   S2


          8.3.4 การเลี้ยวเบนของคลื่น
          คลื่ น มี ลั ก ษณะพิ เ ศษประการหนึ่ ง คื อ ทุ ก จุ ด บนหน า คลื่ น ถื อ ให เ ป น ต น กํ า เนิ ด คลื่ น ใหม ไ ด
ปรากฏการณนี้เรียกวา “หลักของฮอยเกนส” ถาคลื่นเคลื่อนที่ผานสิ่งกีดขวาง คลื่นสวนที่กระทบสิ่งกีดขวางจะ
สะทอนกลับ สวนคลื่นที่ผานไปไดจะแผจากขอบของสิ่งกีดขวางไปจนถึงดานหลังสิ่งกีดขวาง ปรากฏการณนี้
เรียกวา “การเลี้ยวเบน” คลื่นเลี้ยวเบนยังคงมีความยาวคลื่น ความถี่ และอัตราเร็วเทาเดิม


                                คลื่นเลี้ยวเบน


                       สิงกีดขวาง
                         ่
                                                                         รูปที่ 8.10 คลื่นเลี้ยวเบนออกจากสลิตเดี่ยว




8.4 ธรรมชาติของเสียง
         ชีวิตประจําวันเราจะไดยินเสียงจากแหลงกําเนิดเสียงตาง ๆ อยูตลอดเวลา การไดยินเสียงของเรา
เกิดจากหูไดรบพลังงานจากการสั่นของแหลงกําเนิดเสียงผานโมเลกุลของอากาศ ลักษณะการเคลื่อนที่ของ
              ั
โมเลกุลของอากาศจะอยูในรูปของคลื่นตามยาว             มีผลทําใหความดันของอากาศบริเวณที่มีการถายทอด
พลังงานมีคาเปลี่ยนแปลงไปจากความดันปกติ บริเวณที่มีความดันมากกวาปกติเราเรียกวา สวนอัด สวน
บริเวณที่มีความดันนอยกวาปกติเราเรียกวา สวนขยาย




                       สําหรับนักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสื่อสารมวลชน
ฟสิกสเบื้องตน                                                                                   85

8.5 การเคลื่อนที่ของเสียงผานตัวกลาง
         เมื่อคลื่นเสียงเคลื่อนที่ผานตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลางหนึ่ง ความถี่ของคลื่นเสียงจะมีคาคงตัว
เทากับความถี่ของแหลงกําเนิดเสียง สวนอัตราเร็วของเสียงในตัวกลางหนึ่ง ๆ จะคงตัว เมื่ออุณหภูมิของ
ตัวกลางนั้นคงตัว ดังแสดงในตารางตอไปนี้

ตารางที่ 8.1 แสดงอัตราเร็วของเสียงที่ตัวกลางตาง ๆ ที่อุณหภูมิตาง ๆ
                       ตัวกลาง                        อัตราเร็ว (เมตร / วินาที)
          แกส
                    อากาศ (0o C)                                 331
                    อากาศ (20o C)                                343
                    ไฮโดรเจน (0o C)                             1286
                    ออกซิเจน (0o C)                              317
                    ฮีเลียม (0o C)                               972
          ของเหลว (25o C)
                น้ํา                                            1493
                เมทิลแอลกอฮอล                                  1143
                น้ําทะเล                                        1533
          ของแข็ง
                    อะลูมิเนียม                                 5100
                    ทองแดง                                      3560
                    เหล็ก                                       5130
                    ตะกั่ว                                      1322

        จากอัตราเร็วของเสียงในอากาศพบวา อัตราเร็วของเสียงมีความสัมพันธกับอุณหภูมิของอากาศ โดย
เปนไปตามสมการ
                vt        =       331 + 0.6t                                               (8.6)
        เมื่อ   vt เปนอัตราเร็วของเสียงในอากาศที่อุณหภูมิ t ใด ๆ มีหนวยเปน เมตร/วินาที
                t เปนอุณหภูมิของอากาศมีหนวยเปนองศาเซลเซียส

ตัวอยางที่ 8.3 คนงานซอมทางรถไฟเคาะรางรถไฟ ปรากฏวาผูที่อยูหางออกไประยะหนึ่ง ไดยินเสียงเมื่อ
เวลาผานไป 2.0 วินาที ถาผูฟงแนบหูกับรางรถไฟ เขาจะไดยินเสียงกอนหรือหลังกวานี้เทาใด และเขาอยูหาง
จากคนงานรถไฟเปนระยะทางเทาใด
กําหนดให อุณหภูมิขณะนั้นเทากับ 15 oC และอัตราเร็วของเสียงในเหล็กเทากับ 5130 เมตร/วินาที
วิธีทํา หาอัตราเร็วของเสียงในอากาศขณะอุณหภูมิ 15 oC
        จากสูตร vt        =        331 + 0.6t
        ดังนั้น vt        =        331 + 0.6 (15)
                          =        340 m/s



                     สําหรับนักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสื่อสารมวลชน
ฟสิกสเบื้องตน                                                                                          86

          หาระยะหางจากผูสังเกตถึงคนงาน
                                                ระยะทาง
          จาก                อัตราเร็ว =
                                                  เวลา
                             ระยะทาง =         (340 m/s)(2 s)
                                       =       680 m
          ดังนั้นระยะหางจากผูสังเกตถึงคนงานเทากับ 680 เมตร
          หาเวลาที่เสียงใชในการเคลื่อนที่ในรางรถไฟ
                                       ระยะทาง
          จาก       อัตราเร็ว =
                                          เวลา
                                         680 m
                    เวลา =                              =      0.13 s
                                       5130 m / s
          ถาเราแนบหูกับรางรถไฟจะไดยินเสียงเร็วกวาเสียงผานอากาศ = 2 – 0.13 = 1.87 วินาที



8.6 สมบัติของเสียง
             ถาเราตะโกนภายในหองประชุมใหญ ๆ จะไดยินเสียงที่ตะโกนออกไปสะทอนกลับ เพราะเสียงที่
ตะโกนไปกระทบผนังหอง เพดาน และพื้นหอง แลวเกิดการสะทอนกลับมา ทําใหเราไดยนเสียงอีกครั้งหนึ่ง
                                                                                              ิ
แสดงวาเสียงมีสมบัติการสะทอน ซึ่งเปนสมบัติที่สําคัญของคลื่น
             ปกติเสียงที่ผานไปยังสมองจะติดประสาทหูประมาณ 1/10 วินาที ดังนั้นเสียงที่สะทอนกลับมาสูหูชา
กวาเสียงที่ตะโกนออกไปเกิน 1/10 วินาที หูสามารถแยกเสียงตะโกนและเสียงที่สะทอนกลับมาได เสียง
สะทอนเชนนี้เรียกวา เสียงสะทอนกลับ (echo)
             จากสมบัติของเสียงดังกลาว นักฟสิกสไดนํามาสรางเครื่องมือที่เรียกวาโซนาร ซึ่งใชหาตําแหนงของ
สิ่งที่อยูใตทะเล โดยสงคลื่นดลของเสียงที่มีความถี่สูงจากใตทองเรือ เมื่อกระทบสิ่งกีดขวาง เชน หินโสโครก
ฝูงปลา หรือเรือใตน้ํา ที่มีขนาดใหญกวาหรือเทากับความยาวคลื่นเสียง ก็เกิดการสะทอนของเสียงกลับมายัง
เครื่องรับบนเรือ จากชวงเวลาที่สงคลื่นเสียงออกไปและรับคลื่นสะทอนกลับมา ใชคํานวณหาระยะทางระหวาง
ตําแหนงของเรือกับสิ่งกีดขวางได

ตัวอยางที่ 8.4 เรือลําหนึ่งจอดอยูในหมูเกาะที่มีหนาผาสูง เมื่อเปดหวูดคนในเรือไดยินเสียงภายหลังเปดหวูด
1 นาที ถามวาเรืออยูหางจากหนาผากี่เมตร (ถาความเร็วเสียงเทากับ 335 เมตร/วินาที)
                                                                 1
วิธีทํา ระยะหางจากเรือถึงหนาผา = ความเร็วของเสียง × เวลาที่เสียงเดินทางไปกลับ
                                                                 2
                                                       1
                                       = 335 m/s × × 60 s
                                                       2
                                       = 10,050 m
คําตอบ เรื่ออยูหางจากหนาผา 10,050 เมตร




                    สําหรับนักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสื่อสารมวลชน
ฟสิกสเบื้องตน                                                                                       87

          เมื่อคลื่นเสียงเดินทางจากตัวกลางหนึ่งผานเขาไปยังอีกตัวกลางหนึ่ง จะเกิดการหักเห ตัวอยางการ
หักเหของเสียงที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติซึ่งอาจสังเกตเห็นได เชน การเห็นฟาแลบแตไมไดยินเสียงฟารอง ทั้งนี้
เนื่องจากคลื่นเสียงเคลื่อนที่ผานอากาศรอนไดเร็วกวาอากาศเย็น       ซึ่งเราทราบแลววาชั้นของอากาศเหนือ
พื้นดินมีอุณหภูมิไมเทากัน ยิ่งสูงขึ้นไปอุณหภูมิของอากาศยิ่งลดลง ดังนั้นในที่สูง ๆ จากพื้นผิวโลก อัตราเร็ว
ของเสียงจึงนอยกวาบริเวณใกลผวโลก ขณะที่เกิดฟาแลบและฟารองในตอนกลางวันคลื่นเสียงจะเคลื่อนที่จาก
                                   ิ
อากาศตอนบนซึ่งเย็นกวามาสูอากาศบริเวณใกลพื้นดินซึ่งรอนกวา ทําใหเกิดการหักเหของเสียงฟารองกลับ
ขึ้นไปในอากาศตอนบน ถาเสียงเกิดการหักเหกลับขึ้นไปทั้งหมด เราจะเห็นฟาแลบแตไมไดยินเสียงฟารอง
ปรากฏการณขางตนนี้แสดงวา เสียงมีสมบัติการหักเห
          นอกจากนี้แลวเสียงยังมีสมบัติการเลี้ยวเบน ในชีวิตประจําวันเราจะพบการเลี้ยวเบนของเสียง เชน
การไดยนเสียงที่มุมตึก เปนตน
        ิ
8.7 คลื่นนิ่ง
          คลื่นนิ่งเปนปรากฏการณการแทรกสอดที่เกิดจากการซอนทับระหวางคลื่นสองขบวนซึ่งเคลื่อนที่
สวนทางกันโดยที่คลื่นทั้งสองมีความถี่ ความยาวคลื่น และแอมพลิจูดเทากัน สําหรับกรณีคลื่นเสียงสามารถ
เกิดคลื่นนิ่งได โดยสามารถศึกษาไดจากกการนําเอาลําโพงมาวางไวเหนือพื้นโตะ และใชทอรับฟงเสียง ณ
ตําแหนงตาง ๆ ตามแนวดิ่งระหวางลําโพงกับพื้นโตะ ขณะที่เสียงจากลําโพงเคลื่อนที่ไปกระทบพื้นโตะจะเกิด
การสะทอน และเสียงที่สะทอนจากพื้นโตะจะไปซอนทับกับคลื่นเสียงที่มาจากลําโพง ทําใหเกิดการแทรดสอด
มีลักษณะเปนคลื่นนิ่ง เมื่อฟงเสียง ณ ตําแหนงตาง ๆ จะไดยนเสียงดังและคอยสลับกัน ตําแหนงที่ไดยินเสียง
                                                           ิ
ดังแสดงวามีการแทรกสอดแบบเสริมเรียกตําแหนงนี้วา ปฏิบัพ ซึ่งคือตําแหนง A ดังรูปที่ 8.11 และตําแหนงที่
ไดยินเสียงคอยแสดงวามีการแทรกสอดแบบหักลางเรียกตําแหนงนี้วา บัพ ซึ่งคือตําแหนง N ดังรูป 8.11




                                                  รูปที่ 8.11 คลื่นนิ่งของเสียง




                   สําหรับนักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสื่อสารมวลชน
ฟสิกสเบื้องตน                                                                                         88

8.8 การไดยิน
         เสียงที่เราไดยินจะดังหรือคอยขึ้นอยูกับพลังงานของเสียงที่มาถึงผูฟง อัตราการถายโอนพลังงาน
เสียงของแหลงกําเนิด คือปริมาณพลังงานเสียงที่สงออกมาแหลงกําเนิดในหนึ่งหนวยเวลา ซึ่ง
เรียกวา กําลังเสียง มีหนวยเปนจูลตอวินาที หรือ วัตต ในกรณีที่ระยะทางเทากันผูฟงจะไดยินเสียงจาก
แหลงกําเนิดเสียงที่มีกําลังมากดังกวาแหลงกําเนิดเสียงที่มีกําลังนอย
          8.8.1 ความเขมเสียง
         เราอาจพิจารณาไดวาหนาคลื่นของเสียงที่ออกจากแหลงกําเนิดเสียงมีการแผหนาคลื่นออกเปน
รูปทรงกลม โดยมีจุดกําเนิดเสียงอยูที่จุดศูนยกลางของทรงกลม กําลังของคลื่นเสียงที่แหลงกําเนิดเสียง
สงออกไปตอหนึ่งหนวยพื้นที่ของหนาคลื่นทรงกลม เรียกวา ความเขมเสียง ถากําหนดใหกําลังเสียงจาก
แหลงกําเนิดเสียงมีคาคงตัว ความเขมเสียง ณ ตําแหนงตาง ๆ หาไดจาก
                                         P
                    I        =                                                                  (8.7)
                                      4 πR 2
         เมื่อ      I เปนความเขมเสียง ณ ตําแหนงตาง ๆ มีหนวยเปนวัตตตอตารางเมตร
                   P เปนกําลังเสียงของแหลงกําเนิดเสียงมีหนวยเปนวัตต
                   R เปนระยะระหวางแหลงกําเนิดเสียงกับตําแหนงที่จะหาความเขมเสียงมีหนวย
                   เปนเมตร
         ถากําลังเสียงจากแหลงกําเนิดมีคาคงตัว สามารถสรุปไดวา
                                       1
                    I        ∝
                                      R2

ตัวอยางที่ 8.5 เครื่องยนตเครื่องหนึ่งมีกําลังเสียง 100 วัตต ความเขมเสียงที่ระยะหาง 10 เมตรมีคาเทาใด
                                            P
วิธทา จาก
   ี ํ               I        =
                                        4 πR 2
                                               100 W
                     I        =               22
                                        4 × ×10 2 m 2
                                               7
                             =         8 × 10-2 W/m2

คําตอบ ความเขมเสียงที่ระยะหาง 10 เมตรมีคาเทากับ 8 × 10-2 วัตตตอตารางเมตร

          หูมนุษยสามารถตอบสนองความเขมเสียงต่ําสุดที่ 10-12 วัตตตอตารางเมตร ซึ่งจะไดยินเสียงคอย
ที่สุด และความเขมเสียงมากที่สดที่หูมนุษยสามารถทนฟงไดมีคาความเขมเทากับ 1 วัตตตอตารางเมตร ซึ่ง
                              ุ
จะไดยนเสียงดังที่สดอาจเปนอันตรายตอหูได
        ิ          ุ




                    สําหรับนักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสื่อสารมวลชน
ฟสิกสเบื้องตน                                                                                   89

          8.8.2 ระดับความเขมเสียง
          การบอกความดังของเสียงนิยมบอกในรูปของระดับความเขมเสียง ในหนวยเดซิเบล (dB) โดยเสียง
คอยสุดที่หูมนุษยไดยินคือ 0 dB และเสียงดังสุดที่หูมนุษยสามารถทนฟงไดและอาจเปนอันตรายตอหูมีคา
เทากับ 120 dB
          การวัดระดับความเขมเสียงจะใชเครื่องมือที่ช่อวา Sound meter ซึ่งเปนเครื่องมือที่สามารถอาน
                                                      ื
ระดับความเขมเสียงเปนเดซิเบลดังแสดงในรูปที่ 8.12




                            รูปที่ 8.12 ตัวอยางเครื่องวัดระดับความเขมเสียง (Sound meter)




          ความสัมพันธระหวางความเขมเสียงและระดับความเขมเสียง
          ความเขมเสียงและระดับความเขมเสียงมีความสัมพันธดังสมการ 8.8
                                            ⎛I⎞
                   L        =        10 log ⎜ ⎟
                                            ⎜I ⎟                                                  (8.8)
                                            ⎝ 0⎠
          เมื่อ   I เปนความเขมเสียงที่ตองการวัด มีหนวยเปนวัตตตอตารางเมตร
                  I0 เปนความเขมเสียงที่คอยที่สุดที่มนุษยไดยิน มีหนวยเปนวัตตตอตารางเมตร
                  L เปนระดับความเขมเสียง มีหนวยเปน เดซิเบล

ตัวอยางที่ 8.6 เสียงมีความเขม 10-5 วัตตตอตารางเมตร จะมีระดับความเขมเสียงเทาใด
                                         ⎛I⎞
วิธีทํา จาก        L         =    10 log ⎜ ⎟
                                         ⎜I ⎟
                                         ⎝ 0⎠
                                          ⎛ 10 −5 ⎞
                        =         10 log ⎜ −12 ⎟
                                          ⎜ 10 ⎟
                                          ⎝       ⎠
                                            7
                        =         10 log 10
                        =         70 dB
คําตอบ ระดับความเขมเสียงมีคา 70 เดซิเบล




                    สําหรับนักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสื่อสารมวลชน
ฟสิกสเบื้องตน                                                                                         90

          8.8.3 ระดับเสียง
         การไดยินเสียงของมนุษยนอกจากขึ้นอยูกับความเขมเสียงแลวยังขึ้นกับความถี่ของคลื่นเสียงอีก
ดวย ความถี่เสียงต่ําสุดที่มนุษยสามารถไดยินคือ 20 เฮิรตซ และความถี่สูงสุดที่สามารถไดยินคือ 20,000
เฮิรตซ เสียงที่มีความถี่ต่ํากวา 20 เฮิรตซ เราเรียกวาคลื่นใตเสียงหรือ อินฟราซาวด ซึ่งเกิดจากแหลงกําเนิด
เสียงขนาดใหญ เชนการสั่นสะเทือนของสิ่งกอสราง สวนเสียงที่มีความถี่สูงกวา 20,000 เฮิรตซ เราเรียกวา
คลื่นเหนือเสียงหรือ อัลตราซาวด นอกจากนี้แหลงกําเนิดเสียงตาง ๆ ก็ใหเสียงที่มีชวงที่มีความถี่ตางกัน
ออกไป ดังแสดงตอไปนี้




        เสียงที่มีความถี่นอยคนทั่วไปเรียกวาเสียงทุม สวนเสียงที่มีความถี่สูงคนทั่วไปเรียกวาเสียงแหลม
การแบงระดับจะใชความถี่ในการแบง การแบงเสียงดนตรีทางวิทยาศาสตรแสดงดังตารางที่ 8.2

ตารางที่ 8.2 แสดงการแบงเสียงดนตรีทางวิทยาศาสตร
 ระดับเสียงดนตรี     C          D         E       F               G(ซอล)        A          B          C/
                    (โด)       (เร)      (มี)    (ฟา)                          (ลา)       (ที)       (โด)
   ความถี่(Hz)      256       288       320      341                384        427        480        512




                    สําหรับนักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสื่อสารมวลชน
ฟสิกสเบื้องตน                                                                                    91

          8.8.4 คุณภาพเสียง
          ความถี่เสียงต่ําสุดที่ออกมาจากแหลงกําเนิดเสียงใด ๆ เรียกวา ความถี่มูลฐาน ของแหลงกําเนิด
เสียงนั้นหรือฮารมอนิกที่ 1 สําหรับความถี่อื่น ๆ ที่ออกมาพรอมกันแตมีความถี่เปนจํานวนเทาของความถี่มูล
ฐาน เชนเปน 2 เทาของความถี่มูลฐานเรียกวาฮารมอนิกที่ 2 บางทีเรียกวาโอเวอรโทนที่ 1 ในขณะที่
แหลงกําเนิดเสียงตาง ๆ สั่น จะใหเสียงซึ่งมีความถี่ความถี่มูลฐานและฮารมอนิกตาง ๆ ออกมาพรอมกัน
เสมอ แตจํานวนฮารมอนิกและความเขมเสียงของแตละฮารมอนิกสจะแตกตางกันออกไป จึงทําใหลักษณะ
คลื่นเสียงแตกตางกัน สําหรับแตละแหลงกําเนิดเสียงที่ตางกัน เรียกวามี คุณภาพเสียงตางกัน
          8.8.5 มลภาวะของเสียง
          บริเวณใดที่มีระดับความเขมเสียงที่ทําใหหูและสภาพจิตใจของผูฟงผิดปกติ ถือวาเสียงในบริเวณนั้น
เปน มลภาวะของเสียง กระทรวงมหาดไทยไดกําหนดมาตรฐานความเขมเสียงของสถานประกอบการเพื่อ
ไมใหเกิดอันตรายแกคนงานและผูที่อยูใกลเคียงดังตาราง
                 เวลาในการทํางาน                          ระดับความเขมเสียงที่ลูกจางไดรบติดตอกัน
                                                                                          ั
                   (ชั่วโมงตอวัน)                                     ไมเกิน (เดซิเบล)
                     นอยกวา 7                                                91
                         7-8                                                   90
                     มากกวา 8                                                 80

          8.8.6 หูกับการไดยิน
          หูแบงออกเปน 3 สวน คือ หูสวนนอก หูสวนกลาง หูสวนใน ดังรูป




                                                             รูปที่ 8.13 สวนประกอบของหู




         ภายในหูสวนกลางจะมีทอเล็ก ๆ ติดกับหลอดลม ซึ่งจะทําหนาที่ปรับความดันอากาศทั้งสองดาน
                               
ของเยื่อแกวหูใหเทากันตลอดเวลา ถาความดันทั้งสองขางของเยื่อแกวหูไมเทากันจะทําใหเกิดอาการหูอื้อ
หรือ ปวดหู
         หูสวนในมีสวนสําคัญตอการรับฟงเสียง สวนที่เปนทอกลวงขดเปนรูปคลายหอยโขงเรียกวา คลอ
เคลีย ภายในทอนี้มีเซลขนอยูเปนจํานวนมากทําหนาที่รับรูการสั่นของคลื่นเสียงที่ผานมาจากหูสวนกลาง
                                                                                 
พรอมทั้งสงสัญญาณการรับรูผานโสตประสาทไปยังสมอง สมองจะทําหนาที่แปลงสัญญาณที่ไดรับ ทําใหเรา
ทราบเกี่ยวกับเสียงที่ไดยิน




                    สําหรับนักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสื่อสารมวลชน
ฟสิกสเบื้องตน                                                                                        92

8.9 ปรากฏการณของเสียง
          8.9.1 บีตส
          บีตสเกิดจากการแทรกสอดของคลื่นเสียงจากแหลงกําเนิดสองแหลงที่มีความถี่ตางกันไมมาก เราจะ
ไดยินเสียงเปนเสียงที่ดังคอยสลับกันไป โดยปกติหูมนุษสามารถจําแนกบีตสซึ่งมีความถี่ไมเกิน 7 เฮิรตซ
          ถาแหลงกําเนิดเสียงสองแหลงมีความถี่ตางกันไมเกิน 7 เฮิรตซเมื่อมาซอนทับกันจะทําใหเกิดบีตส
จํานวนครั้งของเสียงดังที่ไดยินในหนึ่งวินาที เรียกวา ความถี่บีตส ซึ่งหาไดจาก
                    ความถี่บีตส        =        Δf       =        |f1 – f2|
                    เมื่อ f1 และ f2 เปนความถี่ของแหลงกําเนิดเสียงทั้งสอง




            รูปที่ 8.14 การซอนทับระหวางคลื่นเสียงจากแหลงกําเนิดสองแหลงมีผลทําใหเกิดบีตส

          8.9.2 การกําทอน
           เมื่อเราใหวัตถุสั่นหรือแกวงอยางอิสระ วัตถุจะมีความถี่ในการสั่น เราเรียกวาความถี่นี้วาความถี่
ธรรมชาติ การสั่นอยางอิสระในกรณีนี้คือ การที่เราออกแรงเพียงครั้งเดียวแลวปลอยใหวัตถุเกิดการสั่น แตถา  
เราออกแรงหลาย ๆ ครั้ง ความถี่ของแรงที่เราใหแกวัตถุจะมีผลตอการสั่นของมัน ปรากฏการณที่เราใหแรงแก
วัตถุ โดยความถี่ของแรงที่เราใหเทากับความถี่ธรรมชาติของวัตถุ เราเรียกปรากฏการณนี้วา การสั่นพอง
หรือ การกําทอน (resonance) เมื่อเกิดการกําทอนขึ้นวัตถุจะมีการสั่นแบบรุนแรง กลาวคือ การสั่นของวัตถุ
จะมีแอมพลิจูดมากที่สุดเมื่อเทียบกับการสั่นดวยความถี่อื่น ๆ
           ปรากฏการการกําทอนของเสียง              คือปรากฏการณที่เสียงเคลื่อนที่ผานตัวกลางแลวอนุภาคของ
ตัวกลางมีการสั่นดวยความถี่เดียวกับความถี่ของแหลงกําเนิดเสียง ถาเราใหคลื่นเสียงเคลื่อนที่ผานอากาศที่
อยูในทอกําทอนซึ่งมีปริมาตรตางๆ กัน ณ ตําแหนงที่เกิดการกําทอนเราจะไดยินเสียงดังที่สุด ในขณะที่เกิด
การกําทอนของเสียงในทอกําทอนจะมีการแทรกสอดระหวางคลื่นเสียงจากแหลงกําเนิดกับเสียงที่สะทอนจาก
ทอกําทอน ทําใหเกิดคลื่นนิ่งขึ้น และระยะทางระหวางตําแหนงถัดกันที่ไดยินเสียงดังสองครั้งจะเทากับ
ครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นเสียง ดังรูปที่ 8.15



                    สําหรับนักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสื่อสารมวลชน
ฟสิกสเบื้องตน                                                                                             93




                                                       (ก)




                                                  (ข)
 รูปที่ 8.15 ระยะที่อนุภาคสั่นออกจากตําแหนงเดิมกับตําแหนงบนทอกําทอน ขณะเกิดการกําทอนของเสียง

          8.9.3 ปรากฏการณดอปเพลอรของเสียง
            ปรากฏการณดอปเพลอรเปนปรากฏการณที่เกิดขึ้นไดกับคลื่นทุกชนิด เชน คลื่นกล คลื่น
แมเหล็กไฟฟา เปนตน ปรากฏดอปเพลอรเปนปรากฏการณที่ความถี่ของคลื่นปรากฏตอผูสังเกตเปลี่ยนไป
จากความถี่เดิม ซึ่งเปนผลมาจากแหลงกําเนิดคลื่นเคลื่อนที่หรือผูสังเกตเคลื่อนที่ หรือทั้งแหลงกําเนิดคลื่น
และผูสังเกตเคลื่อนที่
            สําหรับคลื่นเสียง ขณะแหลงกําเนิดเสียงเคลื่อนที่ ความยาวคลื่นที่อยูดานหนาแหลงกําเนิดเสียงจะ
สั้นลงและความยาวคลื่นดานหลังแหลงกําเนิดเสียงจะยาวขึ้น                เมื่อเทียบกับความยาวคลื่นเสียงขณะที่
แหลงกําเนิดเสียงอยูกับที่ ดังนั้นถาผูสังเกตอยูดานหนาแหลงกําเนิดเสียง จะไดยินเสียงที่มีความถี่สูงกวา
ความถี่ของแหลงกําเนิดเสียง ดังรูปที่ 8.16 (ก) ละถาผูสังเกตอยูดานหลังแหลงกําเนิดเสียง จะไดยนเสียงที่มี
                                                                                                  ิ
ความถี่ตํากวาความถี่ของแหลงกําเนิดเสียง ดังรูปที่ 8.16 (ข)
          ่




(ก) แหลงกําเนิดเสียงเคลื่อนที่เขาหาผูสงเกต
                                         ั                      (ข) แหลงกําเนิดเสียงเคลื่อนที่ออกจากผูสังเกต

                                 รูปที่ 8.16 ปรากฏการณดอปเพลอรของเสียง

           ในทางกลับกัน ถาแหลงกําเนิดเสียงอยูนิ่ง แตผูสังเกตเคลื่อนที่เขาหาหรือออกหางจากแหลงกําเนิด
เสียง ผูสังเกตจะไดยินเสียงที่มีความถี่เปลี่ยนไปความถี่ของแหลงกําเนิดเสียงเชนกัน โดยผูสังเกตจะไดยิน
เสียงที่มีความถี่สูงขึ้นเมื่อเคลื่อนที่เขาหาแหลงกําเนิดเสียง และผูสังเกตจะไดยินเสียงมีความถี่ต่ําลงเมื่อผูฟง
เคลื่อนที่ออกหางจากแหลงกําเนิดเสียง



                     สําหรับนักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสื่อสารมวลชน
ฟสิกสเบื้องตน                                                                                       94

          8.9.4 คลื่นกระแทก
          คลื่นกระแทกเกิดขึ้นเมื่อแหลงกําเนิดเสียงเคลื่อนที่ดวยอัตราเร็วมากกวาอัตราเร็วของคลื่นเสียง
หนาคลื่นจะอัดตัวกันในลักษณะที่เปนหนาคลื่นวงกลมเรียงซอนกันไป โดยแนวหนาคลื่นที่อัดตัวกันมีลักษณะ
เปนรูปตัว V ดังรูปที่ 8.17



                                         รูปที่ 8.7 ลักษณะหนาคลื่นกระแทก




          ในกรณีที่เครื่องบินเคลื่อนที่ดวยอัตราเร็วมากกวาอัตราเร็วของเสียง เปนผลทําใหเกิดเสียงดังคลาย
เสียงระเบิด ในบริเวณที่คลื่นกระแทกนี้เคลื่อนที่ผานอาจทําใหกระจกหนาตางแตกราวได เสียงที่เกิดขึ้น
เรียกวา ซอนิกบูม




          ภาพเครื่องบินไอพน F-18 บินผานทะลุกําแพงเสียง หรือบินเร็วเหนือเสียง จะเห็นคลื่นกระแทก
เกิดขึ้นเปนแนวกรวยอยูทางดานหลัง




                    สําหรับนักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสื่อสารมวลชน
ฟสิกสเบื้องตน                                                                                         95

                                          แบบฝกหัดบทที่ 8
1. คลื่นกลเกิดขึ้นไดอยางไร

2. คลื่นตามยาวและคลื่นตามขวางแตกตางกันอยางไร

3. คลื่นตามรูปขางลาง กราฟเสนเต็มและเสนประเปนรูปรางของคลื่นที่เวลา t = 0 และ t = 0.2 วินาที
ตามลําดับ ถามวาคลื่นนี้
         ก. มีความยาวคลื่นเทาใด
         ข. มีความเร็วเทาใด
         ค. มีความถี่เทาใด
         ง. มีคาบเทาใด



4. คลื่นน้ําเคลื่อนที่เขากระทบฝงนับได 15 ลูกคลื่นทุก ๆ 10 วินาที ถาระยะระหวางสันคลื่นที่ติดกันเทากับ 3
เมตร คลื่นน้ํานี้จะมีความเร็วเทาใด

5. คลื่นในตัวกลางหนึ่ง ถาเพิ่มความถี่เปน 2 เทา ความยาวคลื่นจะเปนเทาใด

6. คลื่นขบวนหนึ่งมีระยะจากสันที่ 1 ถึงสันที่ 5 ยาว 10 เซนติเมตร และมีความถี่ 50 เฮิรตซ จงหาอัตราเร็ว
ของคลื่น

7. คลื่นเคลื่อนที่จากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลางหนึ่ง โดยมีมุมตกกระทบ 30 องศา จะเกิดมุมหักเห 45
องศา ถาคลื่นนี้มีมุมตกกระทบ 45 องศา จะเกิดมุมหักเหเทาใด

8. บอลลูนเคลื่อนที่ขึ้นดวยความเร็วสม่ําเสมอ 20 เมตรตอวินาที ขณะที่อยูสูงจากพื้นดินระยะหนึ่งไดสงคลื่น
เสียงความถี่ 1000 เฮิรตซ ลงมา และไดรับสัญญาณเสียงที่สะทอนกลับเมื่อเวลา 4 วินาที จงหาวา ขณะที่สง
คลื่นเสียง บอลลูนอยูสูงจากพื้นเดิมเปนระยะเทาไร ถาความเร็วเสียงเทากับ 350 วินาที

9.     โรงงานผลิตผลไมกระปองแหงหนึ่งตองการคัดขนาดของผลไมในขณะกําลังไหลผานมาตามรางน้ําโดย
อาศัยการสะทอนของเสียงจากเครื่องโซนาร โดยตองการแยกผลไมที่มีขนาดใหญกวาและเล็กกวา 7.5
เซนติเมตร ออกจากกัน จงหาความถี่ที่เหมาะสมของคลื่นจากโซนาร (ความเร็วของคลื่นเสียงในน้ํา = 1500
เมตรตอวินาที)

10. ผูขบรถยนตคันหนึ่งกําลังเปดรายการวิทยุฟงรายการจากสถานีหนึ่งอยู ในขณะที่รถกําลังวิ่งเขาหาตึก
          ั
ใหญขางหนาดวยความเร็ว 1 เมตรตอวินาที สัญญาณวิทยุเงียบหายไป 2 ครั้งใน 3 วินาที ถาสถานีวิทยุอยูใน
       
ทิศที่ตรงไปขางหลังรถ คลื่นวิทยุนั้นจะมีความยาวคลื่นเทาไร




                    สําหรับนักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสื่อสารมวลชน
ฟสิกสเบื้องตน                                                                                   96

11. ในการปรับเทียบเสียเปยโนที่ระดับเสียง C โดยเทียบกับสอมเสียงความถี่ 256 เฮิรตซ ถาไดยินเสียงบีตส
ความถี่ 3 ครั้งตอวินาที ความถี่ที่เปนไปไดของเปยโนมีคาเทาใด

12. แมลงตัวหนึ่งบินหนีในแนวเสนตรงดวยความเร็ว 0.1 เมตรตอวินาที จากคนๆหนึ่งซึ่งยืนนิ่งในที่โลง อยาก
ทราบวา คนนั้นจะไดยินเสียงการบินของแมลงนั้นอยูไดนานกี่วินาที กําหนดให อัตราพลังงานเสียงที่แมลงนั้น
สงออกมาในขณะที่บินมีคาเทากับ 4π × 10 วัตต ทั้งนี้กําหนดใหดวยวา สียงเบาที่สุดที่มนุษยไดยินมี
                                         −12

                     −12
ความเขมเสียงเปน 10 วัตต

13. ใหนักศึกษาทําการทดลองเสมือจริงเรื่องการเกิดบีตสที่
     http://www.rmutphysics.com/charud/virtualexperiment/explorescience/beats/tonebeats1.htm




การทดลองนี้ เริ่มตนใหกดลําโพง ที่ 400 Hz ใหอยูในสภาวะ on ฟงเสียงความถี่ ตอไปใหกดลําโพง
ที่ 401 Hz ใหอยูในสภาวะ on ทดลองนับความถี่ โดยใชนาฬิกาจับเวลาใน 20 วินาที วาเกิดเสียงดัง
เปนจังหวะกี่ครั้ง นําคาที่ไดหารดวย 20 บันทึกไวในชองความถี่บีตส

14. ใหนกศึกษาทําการทดลองเสมือนจริงเรื่อปรากฏการณดอปเปลอร ที่
         ั
  http://www.rmutphysics.com/charud/virtualexperiment/virtual1/doppler/19537/java/Dopplerthai.html




ใหนกศึกษาตอบคําถามทายการทดลองสงอาจารย
    ั




                   สําหรับนักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสื่อสารมวลชน
หนังสืออิเล็กทรอนิกส

ฟสิกส 1(ภาคกลศาสตร (                                         ฟสิกส 1 (ความรอน)

ฟสิกส 2                                                            กลศาสตรเวกเตอร
โลหะวิทยาฟสิกส                                               เอกสารคําสอนฟสิกส 1
ฟสิกส 2 (บรรยาย(                                       แกปญหาฟสิกสดวยภาษา c
ฟสิกสพิศวง                                           สอนฟสิกสผานทางอินเตอรเน็ต
ทดสอบออนไลน                                                   วีดีโอการเรียนการสอน
หนาแรกในอดีต                                                 แผนใสการเรียนการสอน
เอกสารการสอน PDF                                   กิจกรรมการทดลองทางวิทยาศาสตร
แบบฝกหัดออนไลน                                                     สุดยอดสิ่งประดิษฐ
                             การทดลองเสมือน

บทความพิเศษ                                            ตารางธาตุ ) ไทย1) 2 (Eng)
พจนานุกรมฟสิกส                                             ลับสมองกับปญหาฟสิกส

ธรรมชาติมหัศจรรย                                                    สูตรพื้นฐานฟสิกส

การทดลองมหัศจรรย                                                ดาราศาสตรราชมงคล
                             แบบฝกหัดกลาง

แบบฝกหัดโลหะวิทยา                                                        แบบทดสอบ

ความรูรอบตัวทั่วไป                                                        อะไรเอย ?

ทดสอบ)เกมเศรษฐี (                                                           คดีปริศนา

ขอสอบเอนทรานซ                                                เฉลยกลศาสตรเวกเตอร
คําศัพทประจําสัปดาห
                               ความรูรอบตัว

การประดิษฐแของโลก                                           ผูไดรับโนเบลสาขาฟสิกส
นักวิทยาศาสตรเทศ                                                   นักวิทยาศาสตรไทย
ดาราศาสตรพิศวง                                       การทํางานของอุปกรณทางฟสิกส
การทํางานของอุปกรณตางๆ
การเรียนการสอนฟสิกส 1 ผานทางอินเตอรเน็ต

1. การวัด                                                                                2. เวกเตอร
3. การเคลื่อนที่แบบหนึ่งมิติ                                               4. การเคลื่อนที่บนระนาบ
5. กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน                                   6. การประยุกตกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน
7. งานและพลังงาน                                                             8. การดลและโมเมนตัม
9. การหมุน                                                               10. สมดุลของวัตถุแข็งเกร็ง
11. การเคลื่อนที่แบบคาบ                                                            12. ความยืดหยุน
13. กลศาสตรของไหล                                 14. ปริมาณความรอน และ กลไกการถายโอนความรอน
15. กฎขอที่หนึ่งและสองของเทอรโมไดนามิก                            16. คุณสมบัติเชิงโมเลกุลของสสาร
17. คลื่น                                                                   18.การสั่น และคลื่นเสียง
                             การเรียนการสอนฟสิกส 2 ผานทางอินเตอรเน็ต

1. ไฟฟาสถิต                                                                           2. สนามไฟฟา
3. ความกวางของสายฟา                                             4. ตัวเก็บประจุและการตอตัวตานทาน
5. ศักยไฟฟา                                                                         6. กระแสไฟฟา
7. สนามแมเหล็ก                                                                        8.การเหนี่ยวนํา
9. ไฟฟากระแสสลับ                                                                   10. ทรานซิสเตอร
11. สนามแมเหล็กไฟฟาและเสาอากาศ                                              12. แสงและการมองเห็น
13. ทฤษฎีสัมพัทธภาพ                                                            14. กลศาสตรควอนตัม
15. โครงสรางของอะตอม                                                                  16. นิวเคลียร
                            การเรียนการสอนฟสิกสทั่วไป ผานทางอินเตอรเน็ต

1. จลศาสตร )kinematic)                                               2. จลพลศาสตร (kinetics)
3. งานและโมเมนตัม                                                     4. ซิมเปลฮารโมนิก คลื่น และเสียง
5. ของไหลกับความรอน                                                        6.ไฟฟาสถิตกับกระแสไฟฟา
7. แมเหล็กไฟฟา                                                         8. คลื่นแมเหล็กไฟฟากับแสง
9. ทฤษฎีสัมพัทธภาพ อะตอม และนิวเคลียร




                                           ฟสิกสราชมงคล

คลื่น

  • 1.
    บทที่ 8 คลื่นและคลื่นเสียง คลื่นที่นักศึกษาจะไดเรียนในบทนี้คือคลื่นกล ซึ่งเปนคลื่นที่ตองอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ สิ่งที่ คลื่นนําไปดวยพรอมกับการเคลื่อนที่คือพลังงาน พลังงานเคลื่อนที่ผานตัวกลางตาง ๆ จะมีปริมาณตาง ๆ กัน ไปในแตละกรณี เชน พลังงานของคลื่นในทะเลขณะที่พายุจะมีคามากกวาพลังงานที่เกิดจากคลื่นเสียงที่เรา ตะโกนออกไป 8.1 ชนิดของคลื่น เราสามารถแบงคลื่นออกเปน 2 ชนิดเมื่อพิจารณาจากลักษณะการเคลื่อนที่ของอนุภาคตัวกลางขณะ คลื่นเคลื่อนที่ผาน คือ คลื่นตามยาว และ คลื่นตามขวาง คลื่นตามยาว เปนคลื่นที่อนุภาคของตัวกลางสั่นในแนวเดียวกับการเคลื่อนที่ของคลื่น ตัวอยางคลื่น ตามยาว เชน คลื่นในสปริง คลื่นเสียง เปนตน รูปที่ 8.1 คลื่นตามยาวในสปริง คลื่นตามขวาง เปนคลื่นที่อนุภาคของตัวกลางสั่นในแนวตั้งฉากกับแนวการเคลื่อนที่ของคลื่น ตัวอยางคลื่นตามขวาง เชน คลื่นในเสนเชือก เปนตน รูปที่ 8.2 คลื่นตามขวางในสปริง เมื่อพิจารณาลักษณะของการทําใหเกิดคลื่น เราอาจแบงคลื่นออกเปนคลื่นดลและคลื่น ตอเนื่อง โดยคลื่นที่เกิดจากการสั่นของแหลงกําเนิดคลื่นในชวงเวลาสั้น ๆ หรือการไปรบกวนแหลงกําเนิด คลื่นเพียงครั้งเดียว เรียกคลื่นนี้วา คลื่นดล และถาแหลงกําเนิดคลื่นสั่นตอเนื่องหรือการรบกวนแหลงกําเนิด คลื่นอยางตอเนื่อง เรียกคลื่นที่เกิดขึ้นวา คลื่นตอเนื่อง
  • 2.
    ฟสิกสเบื้องตน 78 8.2 สวนประกอบของคลื่น เมื่อพิจารณาสวนประกอบของคลื่น จะเห็นลักษณะทางกายภาพที่สําคัญของคลื่น 3 ประการ คือ ความยาวคลื่น ความถี่และอัตราเร็วของคลื่น นอกจากนี้คลื่นยังมีองคประกอบอื่น ๆ อีก ดังตอไปนี้ รูปที่ 8.3 สวนประกอบของคลื่น ความยาวคลื่น หมายถึงระยะที่นอยที่สุดระหวางจุด 2 จุดบนคลื่นที่มีลักษณะการเคลื่อนที่ เหมือนกันทุกประการ เราใชสัญลักษณ λ แทนความยาวคลื่น มีหนวยเปน เมตร ความถี่ของคลื่น หมายถึงจํานวนคลื่นที่ผานจุด ๆ หนึ่ง ในหนึ่งหนวยเวลาหรือจํานวนรอบที่ แหลงกําเนิดคลื่นหรือตัวกลางสั่นไดในหนึ่งหนวยเวลา ใชสัญลักษณ f มีหนวยเปนรอบตอวินาที หรือ เฮิรตซ (Hz) คาบของคลื่น หมายถึงชวงเวลาที่คลื่นเคลื่อนที่ได 1 ความยาวคลื่น หรือเวลาที่แหลงกําเนิดคลื่น หรือตัวกลางที่คลื่นเคลื่อนที่ผานครบ 1 รอบ ใชสัญลักษณ T มีหนวยเปนวินาที แอมพลิจูด หมายถึงขนาดของการกระจัดสูงสุดของอนุภาคของตัวกลางที่คลื่นผานจากตําแหนง สมดุลเดิม ใชสัญลักษณ A มีหนวยเปน เมตร อัตราเร็วคลื่น หมายถึงระยะทางที่คลื่นเคลื่อนที่ไดใน 1 หนวยเวลา ใชสัญลักษณ v มีหนวยเปน เมตร/วินาที 8.2.1 ความสัมพันธระหวางความถี่และคาบของคลืน ่ เมื่อพิจารณาจากความหมายของคาบและความถี่ของคลื่น จะไดความสัมพันธดังนี้ 1 T= (8.1) f เนื่องจากในเวลา T วินาที คลื่นเคลื่อนที่ไดระยะทาง λ เมตร ระยะทาง ดังนั้นจาก อัตราเร็ว = เวลา ดังนั้น v = fλ (8.2) สําหรับนักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสื่อสารมวลชน
  • 3.
    ฟสิกสเบื้องตน 79 ตัวอยางที่ 8.1 คลื่นตอเนื่องขบวนหนึ่งมีความถี่ 90 เฮิรตซ ขณะเวลาหนึ่งมีลักษณะดังรูป ถาแกน x และ แกน y แทนระยะทางในหนวยเซนติเมตร จงหาแอมพลิจูด ความยาวคลื่น คาบ อัตราเร็วของคลื่น ตามลําดับ วิธทํา ี จากรูปวัดคาแอมพลิจูดของคลื่นไดเทากับ 1 เซนติเมตร คาความยาวคลื่นได 2 เซนติเมตร หาคาบของคลื่น 1 T = f 1 แทนคา T = 90 = 0.011 s ดังนั้นคาบของคลื่นเทากับ 0.011 วินาที หาอัตราเร็วของคลื่น v = fλ แทนคา v = (90)(2 × 10-2) = 1.8 m/s คําตอบ อัตราเร็วของคลื่นมีคาเทากับ 1.8 เมตรตอวินาที 8.2.2 เฟสของคลื่น เฟสของคลื่นเปนการบอกตําแหนงตาง ๆ บนคลื่น โดยบอกเปนมุมในหนวยองศาหรือเรเดียน ลักษณะของคลื่นสามารถนํามาเขียนในรูปของคลื่นรูปไซนได ดังนั้นตําแหนงตาง ๆ บนคลื่นรูปไซนจึงระบุ ตําแหนงเปนมุมในหนวยองศาหรือเรเดียนได ซึ่งมุม 1 เรเดียนเทียบไดเทากับ 57.3 องศา มุม 360 องศา เทียบไดเทากับ 2π เรเดียน รูปที่ 8.4 ความสัมพันธระหวางมุมเรเดียนกับองศา เราสามารถเปรียบเทียบลักษณะการเคลื่อนที่ของอนุภาคตัวกลาง ณ 2 ตําแหนงขณะคลื่นขบวนหนึ่ง เคลื่อนที่ผานไดวา 2 ตําแหนงนั้น มีเฟสตรงกันหรือเฟสตรงขามกันได สําหรับนักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสื่อสารมวลชน
  • 4.
    ฟสิกสเบื้องตน 80 รูปที่ 8.5 ตําแหนงตาง ๆ บนคลื่นรูปไซน พิจารณารูปที่ 8.5 จะเห็นวาจุด A กับจุด B อยูหางกัน 1 ความยาวคลื่น มีเฟสตางกัน 360 องศา หรือ 2π เรเดียน เรากลาวไดวาจุด A และ จุด B มีเฟสตรงกัน สําหรับจุด A กับจุด C อยูหางกัน 2 เทาของ ความยาวคลื่น มีเฟสตางกัน 720 องศาหรือ 4π เรเดียน จุด A กับจุด C ก็มีเฟสตรงกัน เมื่อพิจารณาจุด A กับจุด X อยูหางกัน λ/2 มีเฟสตางกัน 180 องศาหรือ π เรเดียน สําหรับจุด A กับจุด Y อยูหางกัน 3λ/2 มีเฟสตางกัน 540 องศาหรือ 3π เรเดียน เราเรียกวาจุด A มีเฟสตรงขามกับจุด X และจุด A ก็มีเฟสตรงขามกับจุด Y ดังนั้นสรุปไดวา จุดสองจุดที่อยูหางกัน λ, 2λ , 3λ , ........... จะมีเฟสตรงกัน สําหรับจุดสองจุดที่ อยูหางกัน λ/2 , 3λ/2 , 5λ/2 , ........... จะมีเฟสตางกัน  8.3 สมบัติของคลื่น คลื่นมีสมบัติ 4 ประการไดแก การสะทอน การหักเห การเลี้ยวเบน และการแทรกสอด 8.3.1 การสะทอนของคลื่น คุณสมบัติประการหนึ่งของคลื่น คือ การสะทอน ลักษณะการสะทอนเปนไปตามสภาพของคลื่น การสะทอนเกิดจากคลื่นเคลื่อนที่ไปกระทบสิ่งกีดขวางแลวเคลื่อนที่กลับมาในตัวกลางเดิมในการสะทอนของ คลื่น รังสีตกกระทบ เสนปกติ และรังสีสะทอน อยูในระนาบเดียวกัน โดย มุมตกกระทบ ( θ i ) = มุมสะทอน ( θ r ) เสนปกติ รังสีตกกระทบ รังสีสะทอน θi θ r หนาคลื่นตกกระทบ หนาคลื่นสะทอน รูปที่ 8.6 การเคลื่อนที่ของคลื่นตกกระทบและคลื่นสะทอน สําหรับนักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสื่อสารมวลชน
  • 5.
    ฟสิกสเบื้องตน 81 8.3.2 การหักเหของคลื่น เมื่อคลื่นเคลื่อนที่ผานเขาไปในตัวกลางที่เปลี่ยนไปจากเดิม ความเร็ว และความยาวคลื่นจะ เปลี่ยนไป มีผลทําใหทิศการเคลื่อนที่เบนไปจากแนวเดิม ปรากฏการณนี้เรียกวา “การหักเห” รั ง สี เส น ปกติ รั ง สี หั ก เห เส น ปกติ λ1 λ2 ตั ว กลางที่ 1 ตั ว กลางที่ 2 (โปร ง) (โปร ง) θ1 θ2 หน า คลื่ น หน า คลื่ น λ2 λ1 θ2 θ1 ตั ว กลางที่ 2 หน า คลื่ น ตั ว กลางที่ 1 หน า คลื่ น (ทึ บ ) (ทึ บ ) รั ง สี หั ก เห รั ง สี (ก) (ข) รูปที่ 8.7 (ก) คลื่นเดินทางจากตัวกลางที่โปรงไปยังตัวกลางที่ทึบกวา (ข) คลื่นเดินทางจากตัวกลางที่ทึบไปยังตัวกลางที่โปรงกวา จากรูปที่ 8.7 (ก) เมื่อคลื่นเดินทางจากตัวกลางที่โปรงเขาไปยังตัวกลางที่ทึบ คลื่นเบนเขาหาเสน ปกติ ความเร็ว และความยาวคลื่นหักเหในตัวกลางที่ 2 มีคาลดลง ในกรณีกลับกัน จากรูปที่ 8.7 (ข) เมื่อคลื่น เดินทางจากตัวกลางที่ทึบเขาไปยังตัวกลางที่โปรง คลื่นเบนออกจาก เสนปกติ ความเร็ว และความยาวคลื่น หักเหในตัวกลางที่ 2 มีคาเพิ่มขึ้น นิยามให “ดัชนีหักเห (n)” หมายถึง อัตราสวนระหวางความเร็วของแสงในสุญญากาศ (c) ตอ ความเร็วของแสงในตัวกลางใด ๆ (v) ดังนั้น c ดัชนีหักเหของตัวกลางที่ 1 คือ n 1 = v1 c ดัชนีหักเหของตัวกลางที่ 2 คือ n 2 = v2 n1 v 2 ดังนั้น = (8.3) n 2 v1 สําหรับนักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสื่อสารมวลชน
  • 6.
    ฟสิกสเบื้องตน 82 ตัวกลางที่ 1 จากรูปที่ 8.8 ไดความสัมพันธดังนี้ (โปรง) λ เสนปกติ sin θ1 = 1 รังสี AB หนาคลื่น λ λ θ Aθ 1 sin θ 2 = 2 AB 1 1 θ2 B λ2 ดังนั้น θ2 หนาคลื่น รังสีหักเห sin θ1 λ 1 = ตัวกลางที่ 2 sin θ 2 λ 2 (ทึบ) รูปที่ 8.8 ภาพขยายของรูปที่ 8.7 (ก) v เนื่องจากรังสีหักเหและรังสีตกกระทบมีความถี่เทากัน ดังนั้น f = f1 = f 2 และจาก λ= f ดังนั้น สมการดานบนเปน sin θ1 v 1 n 2 = = sin θ 2 v 2 n 1 สมการที่ไดเรียกวา “กฎของสเนลล” มีความสัมพันธ ดังนี้ sin θ1 λ 1 v 1 n 2 = = = (8.4) sin θ 2 λ 2 v 2 n 1 ที่นาสนใจอีกประการหนึ่งก็คือกรณีของรูปที่ 7.7 (ข) มีความเปนไปไดวา ถา  θ1 มีมุมที่เหมาะสมจน ทําให θ2 มีมุมเทากับ 90o คลื่นหักเหจะเกิดการสะทอนกลับหมด ในกรณีนี้เรียก θ1 วา “มุมวิกฤติ” ใช สัญลักษณเปน θc พิจารณาจากกฎของสเนลล ดังนี้ sin θ1 λ 1 v 1 n 2 = = = sin 90 o λ 2 v 2 n 1 หรือ ⎛n ⎞ θ1 = sin −1 ⎜ 2 ⎟ ⎜n ⎟ ⎝ 1⎠ ดังนั้น มุมวิกฤติ คือ ⎛n ⎞ θ c = sin −1 ⎜ 2 ⎟ ⎜n ⎟ (8.5) ⎝ 1⎠ สําหรับนักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสื่อสารมวลชน
  • 7.
    ฟสิกสเบื้องตน 83 ตัวอยางที่ 8.2 คลื่นผิวน้ํามีความถี่ 12 เฮิรตซ เคลื่อนที่จากบริเวณน้ําลึกเขาสูบริเวณน้ําตื้น ดวยความเร็ว 0.18 เมตรตอวินาที โดยหนาคลื่นตกกระทบทํามุม 45 องศา กับเสนรอยตอน้ําลึกกับน้ําตื้น ก) เมื่อคลื่นเคลื่อนที่ผานเสนรอยตอน้ําลึกกับน้ําตื้น มุมหักเหเปนเทาใด กําหนดความยาวคลื่นใน  น้ําตื้นเทากับ 1.0 เซนติเมตร ข) ความถี่ของคลื่นในน้ําตื้นเทากับกี่เฮิรตซ วิธีทํา ก) จากสิ่งที่โจทยกําหนดให สามารถหาความยาวคลื่นบริเวณน้ําลึกได จาก v = fλ v ดังนั้น λ = f 0.18 = 12 = 1.5 × 10 −2 m sin θ1 λ1 หามุมหักเห θ2 จาก = sin θ2 λ2 sin45 1.5 × 10−2 แทนคา = sin θ2 1.0 × 10−2 sin θ2 = 0.471 θ2 ≈ 28 ∴ มุกหักเหมีคาประมาณ 28 องศา ข) ความถี่บริเวณน้ําตื้นเทากับ 12 เฮิรตซ เนื่องจากเปนแหลงกําเนิดคลื่นเดียวกัน 8.3.3 การแทรกสอดของคลื่น เมื่อคลื่นตอเนื่องจากแหงกําเนิดคลื่นสองแหลงเดินทางมาพบกันจะเกิดการซอนทับของคลื่นเรียก ปรากฏการณนี้วา การแทรกสอดของคลื่น เพื่อใหการพิจารณางายขึ้น สมมติวามีคลื่นเพียง 2 ขบวนเขามาอยู ในบริเวณเดียวกัน โดยคลื่นทั้งสองมีความถี่เทากัน และมีเฟสตรงกันหรือเฟสตางกันคงที่ การทําใหคลื่นสอง ขบวนมีความถี่และเฟสเทากันทําไดโดยใหคลื่นทั้งสองเกิดจากแหลงกําเนิดอาพันธ (coherent source) การ แทรกสอดของคลื่นที่เสริมกันจนมีแอมปลิจูดมากสุด เรียกวา “ปฏิบัพ” (antinode) ถาคลื่นหักลางกันจนมีแอม ปลิจูดต่ําสุดหรือเปน 0 เรียกวา “บัพ” (node) ลักษณะการแทรกสอดจะเปนไปตามรูปที่ 8.9 สําหรับนักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสื่อสารมวลชน
  • 8.
    ฟสิกสเบื้องตน 84 ปฎิบัพที่ยอดคลื่น ปฎิบัพที่ทองคลื่น บัพ ทองคลื่น ทองคลื่น S1 S2 ยอดคลื่น ยอดคลื่น แหลงกําเนิดอาพันธ รูปที่ 8.9 การแทรกสอดของคลื่นน้ําที่เกิดจากแหลงกําเนิดอาพันธ 2 แหลง คือ S1 และ S2 8.3.4 การเลี้ยวเบนของคลื่น คลื่ น มี ลั ก ษณะพิ เ ศษประการหนึ่ ง คื อ ทุ ก จุ ด บนหน า คลื่ น ถื อ ให เ ป น ต น กํ า เนิ ด คลื่ น ใหม ไ ด ปรากฏการณนี้เรียกวา “หลักของฮอยเกนส” ถาคลื่นเคลื่อนที่ผานสิ่งกีดขวาง คลื่นสวนที่กระทบสิ่งกีดขวางจะ สะทอนกลับ สวนคลื่นที่ผานไปไดจะแผจากขอบของสิ่งกีดขวางไปจนถึงดานหลังสิ่งกีดขวาง ปรากฏการณนี้ เรียกวา “การเลี้ยวเบน” คลื่นเลี้ยวเบนยังคงมีความยาวคลื่น ความถี่ และอัตราเร็วเทาเดิม คลื่นเลี้ยวเบน สิงกีดขวาง ่ รูปที่ 8.10 คลื่นเลี้ยวเบนออกจากสลิตเดี่ยว 8.4 ธรรมชาติของเสียง ชีวิตประจําวันเราจะไดยินเสียงจากแหลงกําเนิดเสียงตาง ๆ อยูตลอดเวลา การไดยินเสียงของเรา เกิดจากหูไดรบพลังงานจากการสั่นของแหลงกําเนิดเสียงผานโมเลกุลของอากาศ ลักษณะการเคลื่อนที่ของ ั โมเลกุลของอากาศจะอยูในรูปของคลื่นตามยาว มีผลทําใหความดันของอากาศบริเวณที่มีการถายทอด พลังงานมีคาเปลี่ยนแปลงไปจากความดันปกติ บริเวณที่มีความดันมากกวาปกติเราเรียกวา สวนอัด สวน บริเวณที่มีความดันนอยกวาปกติเราเรียกวา สวนขยาย สําหรับนักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสื่อสารมวลชน
  • 9.
    ฟสิกสเบื้องตน 85 8.5 การเคลื่อนที่ของเสียงผานตัวกลาง เมื่อคลื่นเสียงเคลื่อนที่ผานตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลางหนึ่ง ความถี่ของคลื่นเสียงจะมีคาคงตัว เทากับความถี่ของแหลงกําเนิดเสียง สวนอัตราเร็วของเสียงในตัวกลางหนึ่ง ๆ จะคงตัว เมื่ออุณหภูมิของ ตัวกลางนั้นคงตัว ดังแสดงในตารางตอไปนี้ ตารางที่ 8.1 แสดงอัตราเร็วของเสียงที่ตัวกลางตาง ๆ ที่อุณหภูมิตาง ๆ ตัวกลาง อัตราเร็ว (เมตร / วินาที) แกส อากาศ (0o C) 331 อากาศ (20o C) 343 ไฮโดรเจน (0o C) 1286 ออกซิเจน (0o C) 317 ฮีเลียม (0o C) 972 ของเหลว (25o C) น้ํา 1493 เมทิลแอลกอฮอล 1143 น้ําทะเล 1533 ของแข็ง อะลูมิเนียม 5100 ทองแดง 3560 เหล็ก 5130 ตะกั่ว 1322 จากอัตราเร็วของเสียงในอากาศพบวา อัตราเร็วของเสียงมีความสัมพันธกับอุณหภูมิของอากาศ โดย เปนไปตามสมการ vt = 331 + 0.6t (8.6) เมื่อ vt เปนอัตราเร็วของเสียงในอากาศที่อุณหภูมิ t ใด ๆ มีหนวยเปน เมตร/วินาที t เปนอุณหภูมิของอากาศมีหนวยเปนองศาเซลเซียส ตัวอยางที่ 8.3 คนงานซอมทางรถไฟเคาะรางรถไฟ ปรากฏวาผูที่อยูหางออกไประยะหนึ่ง ไดยินเสียงเมื่อ เวลาผานไป 2.0 วินาที ถาผูฟงแนบหูกับรางรถไฟ เขาจะไดยินเสียงกอนหรือหลังกวานี้เทาใด และเขาอยูหาง จากคนงานรถไฟเปนระยะทางเทาใด กําหนดให อุณหภูมิขณะนั้นเทากับ 15 oC และอัตราเร็วของเสียงในเหล็กเทากับ 5130 เมตร/วินาที วิธีทํา หาอัตราเร็วของเสียงในอากาศขณะอุณหภูมิ 15 oC จากสูตร vt = 331 + 0.6t ดังนั้น vt = 331 + 0.6 (15) = 340 m/s สําหรับนักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสื่อสารมวลชน
  • 10.
    ฟสิกสเบื้องตน 86 หาระยะหางจากผูสังเกตถึงคนงาน ระยะทาง จาก อัตราเร็ว = เวลา ระยะทาง = (340 m/s)(2 s) = 680 m ดังนั้นระยะหางจากผูสังเกตถึงคนงานเทากับ 680 เมตร หาเวลาที่เสียงใชในการเคลื่อนที่ในรางรถไฟ ระยะทาง จาก อัตราเร็ว = เวลา 680 m เวลา = = 0.13 s 5130 m / s ถาเราแนบหูกับรางรถไฟจะไดยินเสียงเร็วกวาเสียงผานอากาศ = 2 – 0.13 = 1.87 วินาที 8.6 สมบัติของเสียง ถาเราตะโกนภายในหองประชุมใหญ ๆ จะไดยินเสียงที่ตะโกนออกไปสะทอนกลับ เพราะเสียงที่ ตะโกนไปกระทบผนังหอง เพดาน และพื้นหอง แลวเกิดการสะทอนกลับมา ทําใหเราไดยนเสียงอีกครั้งหนึ่ง ิ แสดงวาเสียงมีสมบัติการสะทอน ซึ่งเปนสมบัติที่สําคัญของคลื่น ปกติเสียงที่ผานไปยังสมองจะติดประสาทหูประมาณ 1/10 วินาที ดังนั้นเสียงที่สะทอนกลับมาสูหูชา กวาเสียงที่ตะโกนออกไปเกิน 1/10 วินาที หูสามารถแยกเสียงตะโกนและเสียงที่สะทอนกลับมาได เสียง สะทอนเชนนี้เรียกวา เสียงสะทอนกลับ (echo) จากสมบัติของเสียงดังกลาว นักฟสิกสไดนํามาสรางเครื่องมือที่เรียกวาโซนาร ซึ่งใชหาตําแหนงของ สิ่งที่อยูใตทะเล โดยสงคลื่นดลของเสียงที่มีความถี่สูงจากใตทองเรือ เมื่อกระทบสิ่งกีดขวาง เชน หินโสโครก ฝูงปลา หรือเรือใตน้ํา ที่มีขนาดใหญกวาหรือเทากับความยาวคลื่นเสียง ก็เกิดการสะทอนของเสียงกลับมายัง เครื่องรับบนเรือ จากชวงเวลาที่สงคลื่นเสียงออกไปและรับคลื่นสะทอนกลับมา ใชคํานวณหาระยะทางระหวาง ตําแหนงของเรือกับสิ่งกีดขวางได ตัวอยางที่ 8.4 เรือลําหนึ่งจอดอยูในหมูเกาะที่มีหนาผาสูง เมื่อเปดหวูดคนในเรือไดยินเสียงภายหลังเปดหวูด 1 นาที ถามวาเรืออยูหางจากหนาผากี่เมตร (ถาความเร็วเสียงเทากับ 335 เมตร/วินาที) 1 วิธีทํา ระยะหางจากเรือถึงหนาผา = ความเร็วของเสียง × เวลาที่เสียงเดินทางไปกลับ 2 1 = 335 m/s × × 60 s 2 = 10,050 m คําตอบ เรื่ออยูหางจากหนาผา 10,050 เมตร สําหรับนักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสื่อสารมวลชน
  • 11.
    ฟสิกสเบื้องตน 87 เมื่อคลื่นเสียงเดินทางจากตัวกลางหนึ่งผานเขาไปยังอีกตัวกลางหนึ่ง จะเกิดการหักเห ตัวอยางการ หักเหของเสียงที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติซึ่งอาจสังเกตเห็นได เชน การเห็นฟาแลบแตไมไดยินเสียงฟารอง ทั้งนี้ เนื่องจากคลื่นเสียงเคลื่อนที่ผานอากาศรอนไดเร็วกวาอากาศเย็น ซึ่งเราทราบแลววาชั้นของอากาศเหนือ พื้นดินมีอุณหภูมิไมเทากัน ยิ่งสูงขึ้นไปอุณหภูมิของอากาศยิ่งลดลง ดังนั้นในที่สูง ๆ จากพื้นผิวโลก อัตราเร็ว ของเสียงจึงนอยกวาบริเวณใกลผวโลก ขณะที่เกิดฟาแลบและฟารองในตอนกลางวันคลื่นเสียงจะเคลื่อนที่จาก ิ อากาศตอนบนซึ่งเย็นกวามาสูอากาศบริเวณใกลพื้นดินซึ่งรอนกวา ทําใหเกิดการหักเหของเสียงฟารองกลับ ขึ้นไปในอากาศตอนบน ถาเสียงเกิดการหักเหกลับขึ้นไปทั้งหมด เราจะเห็นฟาแลบแตไมไดยินเสียงฟารอง ปรากฏการณขางตนนี้แสดงวา เสียงมีสมบัติการหักเห นอกจากนี้แลวเสียงยังมีสมบัติการเลี้ยวเบน ในชีวิตประจําวันเราจะพบการเลี้ยวเบนของเสียง เชน การไดยนเสียงที่มุมตึก เปนตน ิ 8.7 คลื่นนิ่ง คลื่นนิ่งเปนปรากฏการณการแทรกสอดที่เกิดจากการซอนทับระหวางคลื่นสองขบวนซึ่งเคลื่อนที่ สวนทางกันโดยที่คลื่นทั้งสองมีความถี่ ความยาวคลื่น และแอมพลิจูดเทากัน สําหรับกรณีคลื่นเสียงสามารถ เกิดคลื่นนิ่งได โดยสามารถศึกษาไดจากกการนําเอาลําโพงมาวางไวเหนือพื้นโตะ และใชทอรับฟงเสียง ณ ตําแหนงตาง ๆ ตามแนวดิ่งระหวางลําโพงกับพื้นโตะ ขณะที่เสียงจากลําโพงเคลื่อนที่ไปกระทบพื้นโตะจะเกิด การสะทอน และเสียงที่สะทอนจากพื้นโตะจะไปซอนทับกับคลื่นเสียงที่มาจากลําโพง ทําใหเกิดการแทรดสอด มีลักษณะเปนคลื่นนิ่ง เมื่อฟงเสียง ณ ตําแหนงตาง ๆ จะไดยนเสียงดังและคอยสลับกัน ตําแหนงที่ไดยินเสียง ิ ดังแสดงวามีการแทรกสอดแบบเสริมเรียกตําแหนงนี้วา ปฏิบัพ ซึ่งคือตําแหนง A ดังรูปที่ 8.11 และตําแหนงที่ ไดยินเสียงคอยแสดงวามีการแทรกสอดแบบหักลางเรียกตําแหนงนี้วา บัพ ซึ่งคือตําแหนง N ดังรูป 8.11 รูปที่ 8.11 คลื่นนิ่งของเสียง สําหรับนักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสื่อสารมวลชน
  • 12.
    ฟสิกสเบื้องตน 88 8.8 การไดยิน เสียงที่เราไดยินจะดังหรือคอยขึ้นอยูกับพลังงานของเสียงที่มาถึงผูฟง อัตราการถายโอนพลังงาน เสียงของแหลงกําเนิด คือปริมาณพลังงานเสียงที่สงออกมาแหลงกําเนิดในหนึ่งหนวยเวลา ซึ่ง เรียกวา กําลังเสียง มีหนวยเปนจูลตอวินาที หรือ วัตต ในกรณีที่ระยะทางเทากันผูฟงจะไดยินเสียงจาก แหลงกําเนิดเสียงที่มีกําลังมากดังกวาแหลงกําเนิดเสียงที่มีกําลังนอย 8.8.1 ความเขมเสียง เราอาจพิจารณาไดวาหนาคลื่นของเสียงที่ออกจากแหลงกําเนิดเสียงมีการแผหนาคลื่นออกเปน รูปทรงกลม โดยมีจุดกําเนิดเสียงอยูที่จุดศูนยกลางของทรงกลม กําลังของคลื่นเสียงที่แหลงกําเนิดเสียง สงออกไปตอหนึ่งหนวยพื้นที่ของหนาคลื่นทรงกลม เรียกวา ความเขมเสียง ถากําหนดใหกําลังเสียงจาก แหลงกําเนิดเสียงมีคาคงตัว ความเขมเสียง ณ ตําแหนงตาง ๆ หาไดจาก P I = (8.7) 4 πR 2 เมื่อ I เปนความเขมเสียง ณ ตําแหนงตาง ๆ มีหนวยเปนวัตตตอตารางเมตร P เปนกําลังเสียงของแหลงกําเนิดเสียงมีหนวยเปนวัตต R เปนระยะระหวางแหลงกําเนิดเสียงกับตําแหนงที่จะหาความเขมเสียงมีหนวย เปนเมตร ถากําลังเสียงจากแหลงกําเนิดมีคาคงตัว สามารถสรุปไดวา 1 I ∝ R2 ตัวอยางที่ 8.5 เครื่องยนตเครื่องหนึ่งมีกําลังเสียง 100 วัตต ความเขมเสียงที่ระยะหาง 10 เมตรมีคาเทาใด P วิธทา จาก ี ํ I = 4 πR 2 100 W I = 22 4 × ×10 2 m 2 7 = 8 × 10-2 W/m2 คําตอบ ความเขมเสียงที่ระยะหาง 10 เมตรมีคาเทากับ 8 × 10-2 วัตตตอตารางเมตร หูมนุษยสามารถตอบสนองความเขมเสียงต่ําสุดที่ 10-12 วัตตตอตารางเมตร ซึ่งจะไดยินเสียงคอย ที่สุด และความเขมเสียงมากที่สดที่หูมนุษยสามารถทนฟงไดมีคาความเขมเทากับ 1 วัตตตอตารางเมตร ซึ่ง ุ จะไดยนเสียงดังที่สดอาจเปนอันตรายตอหูได ิ ุ สําหรับนักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสื่อสารมวลชน
  • 13.
    ฟสิกสเบื้องตน 89 8.8.2 ระดับความเขมเสียง การบอกความดังของเสียงนิยมบอกในรูปของระดับความเขมเสียง ในหนวยเดซิเบล (dB) โดยเสียง คอยสุดที่หูมนุษยไดยินคือ 0 dB และเสียงดังสุดที่หูมนุษยสามารถทนฟงไดและอาจเปนอันตรายตอหูมีคา เทากับ 120 dB การวัดระดับความเขมเสียงจะใชเครื่องมือที่ช่อวา Sound meter ซึ่งเปนเครื่องมือที่สามารถอาน ื ระดับความเขมเสียงเปนเดซิเบลดังแสดงในรูปที่ 8.12 รูปที่ 8.12 ตัวอยางเครื่องวัดระดับความเขมเสียง (Sound meter) ความสัมพันธระหวางความเขมเสียงและระดับความเขมเสียง ความเขมเสียงและระดับความเขมเสียงมีความสัมพันธดังสมการ 8.8 ⎛I⎞ L = 10 log ⎜ ⎟ ⎜I ⎟ (8.8) ⎝ 0⎠ เมื่อ I เปนความเขมเสียงที่ตองการวัด มีหนวยเปนวัตตตอตารางเมตร I0 เปนความเขมเสียงที่คอยที่สุดที่มนุษยไดยิน มีหนวยเปนวัตตตอตารางเมตร L เปนระดับความเขมเสียง มีหนวยเปน เดซิเบล ตัวอยางที่ 8.6 เสียงมีความเขม 10-5 วัตตตอตารางเมตร จะมีระดับความเขมเสียงเทาใด ⎛I⎞ วิธีทํา จาก L = 10 log ⎜ ⎟ ⎜I ⎟ ⎝ 0⎠ ⎛ 10 −5 ⎞ = 10 log ⎜ −12 ⎟ ⎜ 10 ⎟ ⎝ ⎠ 7 = 10 log 10 = 70 dB คําตอบ ระดับความเขมเสียงมีคา 70 เดซิเบล สําหรับนักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสื่อสารมวลชน
  • 14.
    ฟสิกสเบื้องตน 90 8.8.3 ระดับเสียง การไดยินเสียงของมนุษยนอกจากขึ้นอยูกับความเขมเสียงแลวยังขึ้นกับความถี่ของคลื่นเสียงอีก ดวย ความถี่เสียงต่ําสุดที่มนุษยสามารถไดยินคือ 20 เฮิรตซ และความถี่สูงสุดที่สามารถไดยินคือ 20,000 เฮิรตซ เสียงที่มีความถี่ต่ํากวา 20 เฮิรตซ เราเรียกวาคลื่นใตเสียงหรือ อินฟราซาวด ซึ่งเกิดจากแหลงกําเนิด เสียงขนาดใหญ เชนการสั่นสะเทือนของสิ่งกอสราง สวนเสียงที่มีความถี่สูงกวา 20,000 เฮิรตซ เราเรียกวา คลื่นเหนือเสียงหรือ อัลตราซาวด นอกจากนี้แหลงกําเนิดเสียงตาง ๆ ก็ใหเสียงที่มีชวงที่มีความถี่ตางกัน ออกไป ดังแสดงตอไปนี้ เสียงที่มีความถี่นอยคนทั่วไปเรียกวาเสียงทุม สวนเสียงที่มีความถี่สูงคนทั่วไปเรียกวาเสียงแหลม การแบงระดับจะใชความถี่ในการแบง การแบงเสียงดนตรีทางวิทยาศาสตรแสดงดังตารางที่ 8.2 ตารางที่ 8.2 แสดงการแบงเสียงดนตรีทางวิทยาศาสตร ระดับเสียงดนตรี C D E F G(ซอล) A B C/ (โด) (เร) (มี) (ฟา) (ลา) (ที) (โด) ความถี่(Hz) 256 288 320 341 384 427 480 512 สําหรับนักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสื่อสารมวลชน
  • 15.
    ฟสิกสเบื้องตน 91 8.8.4 คุณภาพเสียง ความถี่เสียงต่ําสุดที่ออกมาจากแหลงกําเนิดเสียงใด ๆ เรียกวา ความถี่มูลฐาน ของแหลงกําเนิด เสียงนั้นหรือฮารมอนิกที่ 1 สําหรับความถี่อื่น ๆ ที่ออกมาพรอมกันแตมีความถี่เปนจํานวนเทาของความถี่มูล ฐาน เชนเปน 2 เทาของความถี่มูลฐานเรียกวาฮารมอนิกที่ 2 บางทีเรียกวาโอเวอรโทนที่ 1 ในขณะที่ แหลงกําเนิดเสียงตาง ๆ สั่น จะใหเสียงซึ่งมีความถี่ความถี่มูลฐานและฮารมอนิกตาง ๆ ออกมาพรอมกัน เสมอ แตจํานวนฮารมอนิกและความเขมเสียงของแตละฮารมอนิกสจะแตกตางกันออกไป จึงทําใหลักษณะ คลื่นเสียงแตกตางกัน สําหรับแตละแหลงกําเนิดเสียงที่ตางกัน เรียกวามี คุณภาพเสียงตางกัน 8.8.5 มลภาวะของเสียง บริเวณใดที่มีระดับความเขมเสียงที่ทําใหหูและสภาพจิตใจของผูฟงผิดปกติ ถือวาเสียงในบริเวณนั้น เปน มลภาวะของเสียง กระทรวงมหาดไทยไดกําหนดมาตรฐานความเขมเสียงของสถานประกอบการเพื่อ ไมใหเกิดอันตรายแกคนงานและผูที่อยูใกลเคียงดังตาราง เวลาในการทํางาน ระดับความเขมเสียงที่ลูกจางไดรบติดตอกัน ั (ชั่วโมงตอวัน) ไมเกิน (เดซิเบล) นอยกวา 7 91 7-8 90 มากกวา 8 80 8.8.6 หูกับการไดยิน หูแบงออกเปน 3 สวน คือ หูสวนนอก หูสวนกลาง หูสวนใน ดังรูป รูปที่ 8.13 สวนประกอบของหู ภายในหูสวนกลางจะมีทอเล็ก ๆ ติดกับหลอดลม ซึ่งจะทําหนาที่ปรับความดันอากาศทั้งสองดาน   ของเยื่อแกวหูใหเทากันตลอดเวลา ถาความดันทั้งสองขางของเยื่อแกวหูไมเทากันจะทําใหเกิดอาการหูอื้อ หรือ ปวดหู หูสวนในมีสวนสําคัญตอการรับฟงเสียง สวนที่เปนทอกลวงขดเปนรูปคลายหอยโขงเรียกวา คลอ เคลีย ภายในทอนี้มีเซลขนอยูเปนจํานวนมากทําหนาที่รับรูการสั่นของคลื่นเสียงที่ผานมาจากหูสวนกลาง  พรอมทั้งสงสัญญาณการรับรูผานโสตประสาทไปยังสมอง สมองจะทําหนาที่แปลงสัญญาณที่ไดรับ ทําใหเรา ทราบเกี่ยวกับเสียงที่ไดยิน สําหรับนักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสื่อสารมวลชน
  • 16.
    ฟสิกสเบื้องตน 92 8.9 ปรากฏการณของเสียง 8.9.1 บีตส บีตสเกิดจากการแทรกสอดของคลื่นเสียงจากแหลงกําเนิดสองแหลงที่มีความถี่ตางกันไมมาก เราจะ ไดยินเสียงเปนเสียงที่ดังคอยสลับกันไป โดยปกติหูมนุษสามารถจําแนกบีตสซึ่งมีความถี่ไมเกิน 7 เฮิรตซ ถาแหลงกําเนิดเสียงสองแหลงมีความถี่ตางกันไมเกิน 7 เฮิรตซเมื่อมาซอนทับกันจะทําใหเกิดบีตส จํานวนครั้งของเสียงดังที่ไดยินในหนึ่งวินาที เรียกวา ความถี่บีตส ซึ่งหาไดจาก ความถี่บีตส = Δf = |f1 – f2| เมื่อ f1 และ f2 เปนความถี่ของแหลงกําเนิดเสียงทั้งสอง รูปที่ 8.14 การซอนทับระหวางคลื่นเสียงจากแหลงกําเนิดสองแหลงมีผลทําใหเกิดบีตส 8.9.2 การกําทอน เมื่อเราใหวัตถุสั่นหรือแกวงอยางอิสระ วัตถุจะมีความถี่ในการสั่น เราเรียกวาความถี่นี้วาความถี่ ธรรมชาติ การสั่นอยางอิสระในกรณีนี้คือ การที่เราออกแรงเพียงครั้งเดียวแลวปลอยใหวัตถุเกิดการสั่น แตถา  เราออกแรงหลาย ๆ ครั้ง ความถี่ของแรงที่เราใหแกวัตถุจะมีผลตอการสั่นของมัน ปรากฏการณที่เราใหแรงแก วัตถุ โดยความถี่ของแรงที่เราใหเทากับความถี่ธรรมชาติของวัตถุ เราเรียกปรากฏการณนี้วา การสั่นพอง หรือ การกําทอน (resonance) เมื่อเกิดการกําทอนขึ้นวัตถุจะมีการสั่นแบบรุนแรง กลาวคือ การสั่นของวัตถุ จะมีแอมพลิจูดมากที่สุดเมื่อเทียบกับการสั่นดวยความถี่อื่น ๆ ปรากฏการการกําทอนของเสียง คือปรากฏการณที่เสียงเคลื่อนที่ผานตัวกลางแลวอนุภาคของ ตัวกลางมีการสั่นดวยความถี่เดียวกับความถี่ของแหลงกําเนิดเสียง ถาเราใหคลื่นเสียงเคลื่อนที่ผานอากาศที่ อยูในทอกําทอนซึ่งมีปริมาตรตางๆ กัน ณ ตําแหนงที่เกิดการกําทอนเราจะไดยินเสียงดังที่สุด ในขณะที่เกิด การกําทอนของเสียงในทอกําทอนจะมีการแทรกสอดระหวางคลื่นเสียงจากแหลงกําเนิดกับเสียงที่สะทอนจาก ทอกําทอน ทําใหเกิดคลื่นนิ่งขึ้น และระยะทางระหวางตําแหนงถัดกันที่ไดยินเสียงดังสองครั้งจะเทากับ ครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นเสียง ดังรูปที่ 8.15 สําหรับนักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสื่อสารมวลชน
  • 17.
    ฟสิกสเบื้องตน 93 (ก) (ข) รูปที่ 8.15 ระยะที่อนุภาคสั่นออกจากตําแหนงเดิมกับตําแหนงบนทอกําทอน ขณะเกิดการกําทอนของเสียง 8.9.3 ปรากฏการณดอปเพลอรของเสียง ปรากฏการณดอปเพลอรเปนปรากฏการณที่เกิดขึ้นไดกับคลื่นทุกชนิด เชน คลื่นกล คลื่น แมเหล็กไฟฟา เปนตน ปรากฏดอปเพลอรเปนปรากฏการณที่ความถี่ของคลื่นปรากฏตอผูสังเกตเปลี่ยนไป จากความถี่เดิม ซึ่งเปนผลมาจากแหลงกําเนิดคลื่นเคลื่อนที่หรือผูสังเกตเคลื่อนที่ หรือทั้งแหลงกําเนิดคลื่น และผูสังเกตเคลื่อนที่ สําหรับคลื่นเสียง ขณะแหลงกําเนิดเสียงเคลื่อนที่ ความยาวคลื่นที่อยูดานหนาแหลงกําเนิดเสียงจะ สั้นลงและความยาวคลื่นดานหลังแหลงกําเนิดเสียงจะยาวขึ้น เมื่อเทียบกับความยาวคลื่นเสียงขณะที่ แหลงกําเนิดเสียงอยูกับที่ ดังนั้นถาผูสังเกตอยูดานหนาแหลงกําเนิดเสียง จะไดยินเสียงที่มีความถี่สูงกวา ความถี่ของแหลงกําเนิดเสียง ดังรูปที่ 8.16 (ก) ละถาผูสังเกตอยูดานหลังแหลงกําเนิดเสียง จะไดยนเสียงที่มี ิ ความถี่ตํากวาความถี่ของแหลงกําเนิดเสียง ดังรูปที่ 8.16 (ข) ่ (ก) แหลงกําเนิดเสียงเคลื่อนที่เขาหาผูสงเกต ั (ข) แหลงกําเนิดเสียงเคลื่อนที่ออกจากผูสังเกต รูปที่ 8.16 ปรากฏการณดอปเพลอรของเสียง ในทางกลับกัน ถาแหลงกําเนิดเสียงอยูนิ่ง แตผูสังเกตเคลื่อนที่เขาหาหรือออกหางจากแหลงกําเนิด เสียง ผูสังเกตจะไดยินเสียงที่มีความถี่เปลี่ยนไปความถี่ของแหลงกําเนิดเสียงเชนกัน โดยผูสังเกตจะไดยิน เสียงที่มีความถี่สูงขึ้นเมื่อเคลื่อนที่เขาหาแหลงกําเนิดเสียง และผูสังเกตจะไดยินเสียงมีความถี่ต่ําลงเมื่อผูฟง เคลื่อนที่ออกหางจากแหลงกําเนิดเสียง สําหรับนักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสื่อสารมวลชน
  • 18.
    ฟสิกสเบื้องตน 94 8.9.4 คลื่นกระแทก คลื่นกระแทกเกิดขึ้นเมื่อแหลงกําเนิดเสียงเคลื่อนที่ดวยอัตราเร็วมากกวาอัตราเร็วของคลื่นเสียง หนาคลื่นจะอัดตัวกันในลักษณะที่เปนหนาคลื่นวงกลมเรียงซอนกันไป โดยแนวหนาคลื่นที่อัดตัวกันมีลักษณะ เปนรูปตัว V ดังรูปที่ 8.17 รูปที่ 8.7 ลักษณะหนาคลื่นกระแทก ในกรณีที่เครื่องบินเคลื่อนที่ดวยอัตราเร็วมากกวาอัตราเร็วของเสียง เปนผลทําใหเกิดเสียงดังคลาย เสียงระเบิด ในบริเวณที่คลื่นกระแทกนี้เคลื่อนที่ผานอาจทําใหกระจกหนาตางแตกราวได เสียงที่เกิดขึ้น เรียกวา ซอนิกบูม ภาพเครื่องบินไอพน F-18 บินผานทะลุกําแพงเสียง หรือบินเร็วเหนือเสียง จะเห็นคลื่นกระแทก เกิดขึ้นเปนแนวกรวยอยูทางดานหลัง สําหรับนักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสื่อสารมวลชน
  • 19.
    ฟสิกสเบื้องตน 95 แบบฝกหัดบทที่ 8 1. คลื่นกลเกิดขึ้นไดอยางไร 2. คลื่นตามยาวและคลื่นตามขวางแตกตางกันอยางไร 3. คลื่นตามรูปขางลาง กราฟเสนเต็มและเสนประเปนรูปรางของคลื่นที่เวลา t = 0 และ t = 0.2 วินาที ตามลําดับ ถามวาคลื่นนี้ ก. มีความยาวคลื่นเทาใด ข. มีความเร็วเทาใด ค. มีความถี่เทาใด ง. มีคาบเทาใด 4. คลื่นน้ําเคลื่อนที่เขากระทบฝงนับได 15 ลูกคลื่นทุก ๆ 10 วินาที ถาระยะระหวางสันคลื่นที่ติดกันเทากับ 3 เมตร คลื่นน้ํานี้จะมีความเร็วเทาใด 5. คลื่นในตัวกลางหนึ่ง ถาเพิ่มความถี่เปน 2 เทา ความยาวคลื่นจะเปนเทาใด 6. คลื่นขบวนหนึ่งมีระยะจากสันที่ 1 ถึงสันที่ 5 ยาว 10 เซนติเมตร และมีความถี่ 50 เฮิรตซ จงหาอัตราเร็ว ของคลื่น 7. คลื่นเคลื่อนที่จากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลางหนึ่ง โดยมีมุมตกกระทบ 30 องศา จะเกิดมุมหักเห 45 องศา ถาคลื่นนี้มีมุมตกกระทบ 45 องศา จะเกิดมุมหักเหเทาใด 8. บอลลูนเคลื่อนที่ขึ้นดวยความเร็วสม่ําเสมอ 20 เมตรตอวินาที ขณะที่อยูสูงจากพื้นดินระยะหนึ่งไดสงคลื่น เสียงความถี่ 1000 เฮิรตซ ลงมา และไดรับสัญญาณเสียงที่สะทอนกลับเมื่อเวลา 4 วินาที จงหาวา ขณะที่สง คลื่นเสียง บอลลูนอยูสูงจากพื้นเดิมเปนระยะเทาไร ถาความเร็วเสียงเทากับ 350 วินาที 9. โรงงานผลิตผลไมกระปองแหงหนึ่งตองการคัดขนาดของผลไมในขณะกําลังไหลผานมาตามรางน้ําโดย อาศัยการสะทอนของเสียงจากเครื่องโซนาร โดยตองการแยกผลไมที่มีขนาดใหญกวาและเล็กกวา 7.5 เซนติเมตร ออกจากกัน จงหาความถี่ที่เหมาะสมของคลื่นจากโซนาร (ความเร็วของคลื่นเสียงในน้ํา = 1500 เมตรตอวินาที) 10. ผูขบรถยนตคันหนึ่งกําลังเปดรายการวิทยุฟงรายการจากสถานีหนึ่งอยู ในขณะที่รถกําลังวิ่งเขาหาตึก ั ใหญขางหนาดวยความเร็ว 1 เมตรตอวินาที สัญญาณวิทยุเงียบหายไป 2 ครั้งใน 3 วินาที ถาสถานีวิทยุอยูใน  ทิศที่ตรงไปขางหลังรถ คลื่นวิทยุนั้นจะมีความยาวคลื่นเทาไร สําหรับนักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสื่อสารมวลชน
  • 20.
    ฟสิกสเบื้องตน 96 11. ในการปรับเทียบเสียเปยโนที่ระดับเสียง C โดยเทียบกับสอมเสียงความถี่ 256 เฮิรตซ ถาไดยินเสียงบีตส ความถี่ 3 ครั้งตอวินาที ความถี่ที่เปนไปไดของเปยโนมีคาเทาใด 12. แมลงตัวหนึ่งบินหนีในแนวเสนตรงดวยความเร็ว 0.1 เมตรตอวินาที จากคนๆหนึ่งซึ่งยืนนิ่งในที่โลง อยาก ทราบวา คนนั้นจะไดยินเสียงการบินของแมลงนั้นอยูไดนานกี่วินาที กําหนดให อัตราพลังงานเสียงที่แมลงนั้น สงออกมาในขณะที่บินมีคาเทากับ 4π × 10 วัตต ทั้งนี้กําหนดใหดวยวา สียงเบาที่สุดที่มนุษยไดยินมี −12 −12 ความเขมเสียงเปน 10 วัตต 13. ใหนักศึกษาทําการทดลองเสมือจริงเรื่องการเกิดบีตสที่ http://www.rmutphysics.com/charud/virtualexperiment/explorescience/beats/tonebeats1.htm การทดลองนี้ เริ่มตนใหกดลําโพง ที่ 400 Hz ใหอยูในสภาวะ on ฟงเสียงความถี่ ตอไปใหกดลําโพง ที่ 401 Hz ใหอยูในสภาวะ on ทดลองนับความถี่ โดยใชนาฬิกาจับเวลาใน 20 วินาที วาเกิดเสียงดัง เปนจังหวะกี่ครั้ง นําคาที่ไดหารดวย 20 บันทึกไวในชองความถี่บีตส 14. ใหนกศึกษาทําการทดลองเสมือนจริงเรื่อปรากฏการณดอปเปลอร ที่ ั http://www.rmutphysics.com/charud/virtualexperiment/virtual1/doppler/19537/java/Dopplerthai.html ใหนกศึกษาตอบคําถามทายการทดลองสงอาจารย ั สําหรับนักศึกษาคณะสถาปตยกรรมศาสตร/เทคโนโลยีสื่อสารมวลชน
  • 21.
    หนังสืออิเล็กทรอนิกส ฟสิกส 1(ภาคกลศาสตร ( ฟสิกส 1 (ความรอน) ฟสิกส 2 กลศาสตรเวกเตอร โลหะวิทยาฟสิกส เอกสารคําสอนฟสิกส 1 ฟสิกส 2 (บรรยาย( แกปญหาฟสิกสดวยภาษา c ฟสิกสพิศวง สอนฟสิกสผานทางอินเตอรเน็ต ทดสอบออนไลน วีดีโอการเรียนการสอน หนาแรกในอดีต แผนใสการเรียนการสอน เอกสารการสอน PDF กิจกรรมการทดลองทางวิทยาศาสตร แบบฝกหัดออนไลน สุดยอดสิ่งประดิษฐ การทดลองเสมือน บทความพิเศษ ตารางธาตุ ) ไทย1) 2 (Eng) พจนานุกรมฟสิกส ลับสมองกับปญหาฟสิกส ธรรมชาติมหัศจรรย สูตรพื้นฐานฟสิกส การทดลองมหัศจรรย ดาราศาสตรราชมงคล แบบฝกหัดกลาง แบบฝกหัดโลหะวิทยา แบบทดสอบ ความรูรอบตัวทั่วไป อะไรเอย ? ทดสอบ)เกมเศรษฐี ( คดีปริศนา ขอสอบเอนทรานซ เฉลยกลศาสตรเวกเตอร คําศัพทประจําสัปดาห ความรูรอบตัว การประดิษฐแของโลก ผูไดรับโนเบลสาขาฟสิกส นักวิทยาศาสตรเทศ นักวิทยาศาสตรไทย ดาราศาสตรพิศวง การทํางานของอุปกรณทางฟสิกส การทํางานของอุปกรณตางๆ
  • 22.
    การเรียนการสอนฟสิกส 1 ผานทางอินเตอรเน็ต 1.การวัด 2. เวกเตอร 3. การเคลื่อนที่แบบหนึ่งมิติ 4. การเคลื่อนที่บนระนาบ 5. กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 6. การประยุกตกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน 7. งานและพลังงาน 8. การดลและโมเมนตัม 9. การหมุน 10. สมดุลของวัตถุแข็งเกร็ง 11. การเคลื่อนที่แบบคาบ 12. ความยืดหยุน 13. กลศาสตรของไหล 14. ปริมาณความรอน และ กลไกการถายโอนความรอน 15. กฎขอที่หนึ่งและสองของเทอรโมไดนามิก 16. คุณสมบัติเชิงโมเลกุลของสสาร 17. คลื่น 18.การสั่น และคลื่นเสียง การเรียนการสอนฟสิกส 2 ผานทางอินเตอรเน็ต 1. ไฟฟาสถิต 2. สนามไฟฟา 3. ความกวางของสายฟา 4. ตัวเก็บประจุและการตอตัวตานทาน 5. ศักยไฟฟา 6. กระแสไฟฟา 7. สนามแมเหล็ก 8.การเหนี่ยวนํา 9. ไฟฟากระแสสลับ 10. ทรานซิสเตอร 11. สนามแมเหล็กไฟฟาและเสาอากาศ 12. แสงและการมองเห็น 13. ทฤษฎีสัมพัทธภาพ 14. กลศาสตรควอนตัม 15. โครงสรางของอะตอม 16. นิวเคลียร การเรียนการสอนฟสิกสทั่วไป ผานทางอินเตอรเน็ต 1. จลศาสตร )kinematic) 2. จลพลศาสตร (kinetics) 3. งานและโมเมนตัม 4. ซิมเปลฮารโมนิก คลื่น และเสียง 5. ของไหลกับความรอน 6.ไฟฟาสถิตกับกระแสไฟฟา 7. แมเหล็กไฟฟา 8. คลื่นแมเหล็กไฟฟากับแสง 9. ทฤษฎีสัมพัทธภาพ อะตอม และนิวเคลียร ฟสิกสราชมงคล