คลื่นกล

18,178 views

Published on

Published in: Education, Technology

คลื่นกล

  1. 1. คลื่นกล ( Mechanical Wave)<br />
  2. 2. การจำแนกคลื่น<br />1. จำแนกตามลักษณะการอาศัยตัวกลาง<br />2. จำแนกตามลักษณะการเคลื่อนที่<br />3. จำแนกตามลักษณะการเกิดคลื่น<br />
  3. 3. 1. จำแนกตามลักษณะการอาศัยตัวกลาง<br />1.1 คลื่นกล (Mechanical wave) เป็นคลื่นที่เคลื่อนที่โดยอาศัยตัวกลางซึ่งอาจเป็นของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซก็ได้ ตัวอย่างของคลื่นกลได้แก่ คลื่นเสียง คลื่นที่ผิวน้ำ คลื่นในเส้นเชือก เป็นต้น <br />1.2 คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic waves) เป็นคลื่นที่เคลื่อนที่โดยไม่อาศัยตัวกลาง สามารถเคลื่อนที่ในสุญญากาศได้ เช่น คลื่นแสง คลื่นวิทยุและโทรทัศน์ คลื่นไมโครเวฟ รังสีเอกซ์ รังสีแกมมา เป็นต้น <br />
  4. 4. 2. จำแนกตามลักษณะการเคลื่อนที่<br />2.1 คลื่นตามขวาง (Transverse wave)<br />
  5. 5. 2.2 คลื่นตามยาว (Longitudinal wave)<br />
  6. 6. 3. จำแนกตามลักษณะการเกิดคลื่น<br />3.1 คลื่นดล (Pulse wave) เป็นคลื่นที่เกิดจากแหล่งกำเนิดถูกรบกวนเพียงครั้งเดียว<br />3.2 คลื่นต่อเนื่อง (Continuous wave) เป็นคลื่นที่เกิดจากแหล่งกำเนิดถูกรบกวนเป็นจังหวะต่อเนื่อง <br />
  7. 7. ส่วนประกอบของคลื่น<br />
  8. 8. 1.สันคลื่น (Crest) เป็นตำแหน่งสูงสุดของคลื่น หรือเป็นตำแหน่งที่มีการกระจัดสูงสุดในทางบวก<br />2.ท้องคลื่น (Crest) เป็นตำแหน่งต่ำสุดของคลื่น หรือเป็นตำแหน่งที่มีการกระจัดสูงสุดในทางลบ<br />
  9. 9. 3.แอมพลิจูด (Amplitude) เป็นระยะการกระจัดมากสุด ทั้งค่าบวกและค่าลบ <br />
  10. 10. 4. ความยาวคลื่น (wavelength) เป็นความยาวของคลื่นหนึ่งลูกมีค่าเท่ากับระยะระหว่างสันคลื่นหรือท้องคลื่นที่อยู่ถัดกัน ความยาวคลื่นแทนด้วยสัญลักษณ์ มีหน่วยเป็นเมตร (m) <br />
  11. 11.
  12. 12. 5. คาบ (period) หมายถึง ช่วงเวลาที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่านตำแหน่งใด ๆ ครบหนึ่งลูกคลื่น แทนด้วยสัญลักษณ์ มีหน่วยเป็นวินาทีต่อรอบ (s)<br />
  13. 13. 6. ความถี่ (frequency) หมายถึง จำนวนลูกคลื่นที่เคลื่อนที่ผ่านตำแหน่งใด ๆ ในหนึ่งหน่วยเวลา แทนด้วยสัญลักษณ์ f มีหน่วยเป็นรอบต่อวินาที (s-1) หรือ เฮิรตซ์ (Hz)<br />
  14. 14. 7.อัตราเร็วของคลื่น (wave speed) หาได้จากผลคูณระหว่างความยาวคลื่นและความถี่<br />
  15. 15. ตัวอย่างง่ายๆ<br />1. เด็กชายเค อกหัก จึงไปนั่งอยู่ริมน้ำแล้วใช้ไม้ตีน้ำเป็นจังหวะสม่ำเสมอ 120 ครั้ง ในเวลา 1 นาที จงหาคาบเวลา และความถี่นี้<br />
  16. 16. ตัวอย่างง่ายๆ<br />2. คลื่นเสียงที่มีความถี่ 256 เฮิรตซ์ และเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็ว 640 เมตรต่อวินาที จะมีความยาวคลื่นเท่าใด<br />
  17. 17. ตัวอย่าง ยากกว่าเก่า<br /><ul><li>2 เด็กคนหนึ่งใช้เท้ากระทุ่มน้ำในสระน้ำเป็นจังหวะสม่ำเสมอ 2 ครั้งต่อวินาที พบว่าคลื่นผิวน้ำลูกแรกเคลื่อนที่ไปกระทบฝั่งตรงข้าม ซึ่งอยู่ห่างออกไป 10 เมตร ในเวลา 10 วินาที จงหาความยาวคลื่นของผิวน้ำ</li></li></ul><li>ตัวอย่างข้อสอบเข้ามหาวิทยาลัย<br />1. ในการทดลองเรื่องการเคลื่อนที่ของคลื่นโดยใช้ถาดน้ำกับตัวกำเนิดคลื่นซึ่งเป็นมอเตอร์ที่หมุน 4 รอบต่อวินาที คลื่นบนผิวน้ำเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็ว 12 เซนติเมตรต่อวินาที จงหาความยาวคลื่นบนผิวน้ำที่เกิดขึ้น(En’44)<br />1. 1.5 cm 2. 3.0 cm <br /> 3. 4.5 cm 4. 6.0 cm<br />
  18. 18. 2. จากรูปเป็นคลื่นนิ่งในเส้นเชือกที่มีปลายทั้งสองยึดแน่นไว้ ถ้าเส้นเชือกยาว 90 เซนติเมตร และความเร็วในเส้นเชือกขณะนั้นเท่ากับ 2.4 x 102เมตรต่อวินาที จงหาความถี่ของคลื่น<br />200 Hz<br />267 Hz<br />400 Hz<br />800 Hz<br />90 cm<br />
  19. 19. 3. คลื่นน้ำเคลื่อนที่ผ่านจุด ๆหนึ่งไป 30 ลูกคลื่น ในเวลา 1 นาที ถ้าคลื่นนี้เคลื่อนที่ด้วยอัตราความเร็ว 2 เมตรต่อวินาที จงหาระยะระหว่างสันคลื่นและท้องคลื่นที่อยู่ติดกัน (ENT 45)<br /> 1. 1 m 2. 2 m <br /> 3. 3 m 4. 4 m<br />
  20. 20. สมบัติของคลื่น<br />การสะท้อน (Reflection)<br />การหักเห (Refraction)<br />การแทรกสอด (Interferance)<br />การเลี้ยวเบน (Diffraction)<br />
  21. 21. การสะท้อนของคลื่น (Reflection)<br />เกิดจากคลื่นเคลื่อนที่ไปกระทบสิ่งกีดขวาง แล้วเปลี่ยนทิศทางกลับสู่ตัวกลางเดิม <br />การสะท้อนของคลื่น และคลื่นที่สะท้อนกลับมา เรียกว่า คลื่นสะท้อนส่วนคลื่นที่ไปกระทบปลายสุดของตัวกลางก่อนเกิดการสะท้อนเรียกว่า คลื่นตกกระทบ<br />
  22. 22.
  23. 23. กฎของการสะท้อน <br /> 1. มุมตกกระทบและมุมสะท้อนของคลื่นมีค่าเท่ากัน2. รังสีตกกระทบ รังสีสะท้อนและเส้นปกติจะต้องอยู่ในระนาบเดียวกัน <br />
  24. 24. กฎการสะท้อน<br />
  25. 25.
  26. 26.
  27. 27.
  28. 28. การหักเหของคลื่น(Refraction)<br /> เกิดจากคลื่นเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางที่ต่างกัน แล้วทำให้อัตราเร็วเปลี่ยนไป <br />
  29. 29. หน้าคลื่น <br />1<br />2<br />
  30. 30.
  31. 31. 1<br />1<br />ผิว<br />ผิว<br />ตัวกลาง<br />ตัวกลาง<br />2<br />2<br />ในน้ำลึก ความเร็วคลื่น v จะมาก ความยาวคลื่น  จะยาว มุม  จะใหญ่<br />ในน้ำตื้น ความเร็วคลื่น v จะน้อย ความยาวคลื่น  จะสั้น มุม  จะเล็ก<br />...... โดยความถี่ f จะคงที่เสมอนะ อย่าลืม!!!!<br />
  32. 32. ตัวอย่างข้อสอบเข้ามหาลัย<br />ในการทดลองเรื่องการหักเหของคลื่นผิวน้ำ เมื่อคลื่นผิวน้ำเคลื่อนที่จากบริเวณน้ำลึกไปน้ำตื้น ความยาวคลื่น ความเร็ว v และความถี่ f ของคลื่นผิวน้ำจะเปลี่ยนแปลงอย่างไร (ENT 43)<br /> 1.  น้อยลง v น้อยลง แต่ f คงที่<br /> 2.  มากขึ้น v มากขึ้น แต่ f คงที่<br /> 3.  น้อยลง f มากขึ้น แต่ v คงที่ 4. มากขึ้น f น้อยลง แต่ v คงที่<br />
  33. 33. สมการรวม<br />ในการคำนวณจับคู่ใดก็ได้ ใช้ทักษะการย้ายสมการนะจ๊ะ<br />
  34. 34. C<br />ผิว<br />ตัวกลาง<br />90<br />มุมวิกฤติ (C)และการสะท้อนกลับหมด<br />เมื่อเกิดจากการเคลื่อนที่จากตัวกลางที่มีอัตราเร็วน้อย(น้ำตื้น) ไปยังตัวกลางที่มีอัตราเร็วมาก (น้ำลึก)<br />
  35. 35. ตัวอย่าง<br /> ในการทดลองโดยใช้ถาดคลื่น พบว่า ความเร็วของคลื่นน้ำลึกเป็น 2 เท่าของความเร็วในน้ำตื้น ถ้าจะทำให้เกิดการสะท้อนกลับหมด คลื่นจะต้องตั้งต้นเคลื่อนที่จากบริเวณไหนและมีมุมวิกฤตเท่าไร<br /> ก. น้ำตื้น ,30 องศา<br /> ข. น้ำลึก , 30 องศา<br /> ค. น้ำตื้น , 60 องศา<br /> ง. น้ำลึก , 60 องศา<br />
  36. 36. ตัวอย่างข้อสอบเข้ามหาลัย<br /> มุมวิกฤตต่อแสงในของเหลวชนิดหนึ่งมีค่าเท่ากับ 60 องศา ความยาวคลื่นของแสงในของเหลวจะเป็นกี่เท่าของความยาวคลื่นในอากาศ (ENT 42)<br /> 1. 2/3 2. 3 /2 3. 2 4. ½<br />
  37. 37. ตัวอย่าง<br /> คลื่นน้ำเคลื่อนที่จากน้ำตื้นไปยังน้ำลึกถ้ามุมตกกระทบและมุมหักเหเท่ากับ 30 องศา และ 45 องศา ตามลำดับ และความยาวคลื่นในน้ำตื้นเท่ากับ 2 เซนติเมตร จงหาความยาวคลื่นในน้ำลึกในหน่วยเซนติเมตร<br />
  38. 38. การเลี้ยวเบน (diffraction) <br />เกิดจากคลื่นเคลื่อนที่ไปพบสิ่งกีดขวาง ทำให้คลื่นส่วนหนึ่งอ้อมบริเวณของสิ่งกีดขวางแผ่ไปทางด้านหลังของสิ่งกีดขวางนั้น <br />
  39. 39. การแทรกสอด (interference) <br />เกิดจากคลื่นสองขบวนที่เหมือนกันทุกประการเคลื่อนที่มาพบกัน แล้วเกิดการซ้อนทับกัน <br />ถ้าเป็นคลื่นแสงจะเห็นแถบมืดและแถบสว่างสลับกัน <br />ส่วนคลื่นเสียงจะได้ยินเสียงดังเสียงค่อยสลับกัน <br />
  40. 40.
  41. 41. แนวปฏิบัพ (Antinode) คือ แนวการแทรกสอดแบบเสริมกัน ถ้าเป็นคลื่นเสียง จะเสียงดัง ถ้าเป็นคลื่นแสง จะสว่าง<br />แนวบัพ (Node) คือแนวการแทรกสอดแบบหักล้างกัน ถ้าเป็นคลื่นเสียงจะเสียงค่อย ถ้าเป็นคลื่นแสงจะไม่สว่าง (มืด)<br />
  42. 42.
  43. 43.
  44. 44. A0<br />N1<br />A1<br />A1<br />N1<br />d<br />S2<br />S1<br />
  45. 45. สมการในการคำนวณ<br />S1P<br />S1<br />P<br />d<br />S2P<br />S2<br />ถ้าจุด P เป็นจุดเสริม (ปฏิบัพ) <br /> S1P – S2P = n<br />หรือ d sin = n<br />
  46. 46. สมการในการคำนวณ<br />S1P<br />S1<br />P<br />d<br />S2P<br />S2<br />ถ้าจุด P เป็นจุดหักล้าง (บัพ) <br /> S1P – S2P = (n- )<br />หรือ d sin = (n- )<br />
  47. 47.
  48. 48. สรุปสมการว่า<br />แนวปฏิบัพ (Antinode) คือ แนวการแทรกสอดแบบเสริมกัน ถ้าเป็นคลื่นเสียง จะเสียงดัง ถ้าเป็นคลื่นแสง จะสว่าง<br /> S1P – S2P = n<br /> หรือ d sin = n เมื่อ n = 1,2,3…<br />แนวบัพ (Node) คือแนวการแทรกสอดแบบหักล้างกัน ถ้าเป็นคลื่นเสียงจะเสียงค่อย ถ้าเป็นคลื่นแสงจะไม่สว่าง (มืด)<br /> S1P – S2P = (n- )<br />หรือ d sin = (n- ) เมื่อ n = 1,2,3…<br />
  49. 49. ตัวอย่าง<br />จากรูปเป็นภาพการแทรกสอดของคลื่นที่ผิวน้ำที่เกิดจากแหล่งกำเนิดอาพันธ์ โดยมี P เป็นจุดใดบนแนวเส้น บัพ S1P = 15 เซนติเมตร S2P = 5 เซนติเมตร อัตราเร็วของคลื่นทั้งสองเท่ากับ 50 เซนติเมตรต่อวินาที แหล่งกำเนิดคลื่นทั้งสองมีความถี่กี่เฮิรตซ์<br />P<br />S2<br />S1<br />
  50. 50. ตัวอย่าง<br />ถ้า S1และ S2เป็นแหล่งกำเนิดคลื่นในถาดคลื่น ซึ่งมีความถี่เท่ากันและเฟสตรงกัน ห่างกัน 8 เซนติเมตร และถ้าความยาวคลื่น = 4 เซนติเมตร จะเกิดจุดปฏิบัพ และ บัพ ทั้งหมดกี่จุดบนเส้นตรง S1 S2<br />
  51. 51. การเคลื่อนที่ผ่านช่องแคบๆ (สลิต)<br />ช่องเดียว (สลิตเดี่ยว)<br />ช่องคู่ (สลิตคู่)<br />
  52. 52. สลิดเดี่ยว สลิดคู่<br />
  53. 53. สลิดเดี่ยว สลิดคู่<br />x<br /><br />d<br />L<br />x<br />ระยะห่างของช่อง d ต้องมีค่าอย่างน้อย1/2 จึงจะเกิดการแทรกสอด<br />ปฏิบัพ (สว่าง)<br /> d sin = d = n<br />บัพ (มืด) <br />d sin = d = (n-1/2)<br /><br />d<br />L<br />ระยะห่าง d ต้องมีค่าอย่างน้อย จึงจะเกิดการแทรกสอด<br />ปฏิบัพ (สว่าง) <br /> d sin = d = (n-1/2)<br />บัพ (มืด)<br /> d sin = d = n<br />
  54. 54. ตัวอย่าง<br /> จากการทดลองหาความยาวคลื่นของแสงสีหนึ่ง โดยวางฉากรับริ้วการแทรกสอดไว้ห่างจากแผ่นสลิดคู่ เป็นระยะทาง 120 cm และระยะห่างระหว่างสลิดทั้งสองเป็น 0.03 mm พบว่ามีแถบสว่าง-มืดเกิดขึ้นบนฉากหลายแถบ ถ้าวัดจากแถบสว่างแถบที่ 1 ไปยังแถบสว่างที่ 5 พบว่ามีระยะห่างกัน 9.0 cm แสงสีนี้มีความยาวคลื่นเท่าไรในหน่วยนาโนเมตร(ENT 44)<br />
  55. 55. ตัวอย่าง<br /> เมื่อให้แสงที่มีค่าความยาวคลื่น 440 นาโนเมตร ผ่านสลิตคู่ที่มีระยะระหว่างช่องทั่งสอง 200 ไมโครเมตร จะเกิดการแทรกสอดบนฉากที่อยู่ห่างออกไป 1.20 เมตร จงหาระยะระหว่างแถบสว่างที่อยู่ติดกันในหน่วยมิลลิเมตร (ENT 43)<br />

×