คลื่นกล

คลื่นกล

คลื่น คือ การส่งผ่านพลังงานจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งโดยไม่มีการนำพาสสารไปพร้อมกับพลังงาน การจำแนกคลื่นตามลักษณะการอาศัยตัวกลาง แบ่งเป็น 2 แบบ คือ

1. คลื่นกล (Mechanical Wave) คือ คลื่นที่ต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ เช่น คลื่นเสียง คลื่นน้ำ
คลื่นในเส้นเชือก เป็นต้น

2. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Wave) คือ คลื่นที่เคลื่อนที่โดยไม่จำเป็นต้องอาศัยตัวกลาง ได้แก่
คลื่นวิทยุ คลิ่นไมโครเวฟ คลื่นอินฟาเรด คลื่นแสง คลื่นอัลตราไวโอเลต รังสีแอ็กซ์ และรังสีแกมมาคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกชนิดจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากัน คือ 3 x 10^8 เมตรต่อวินาที

การจำแนกคลื่นตามทิศการเคลื่อนที่ของคลื่นและการสั่นของอนุภาคตัวกลาง แบ่งเป็น 2 แบบ คือ

1. คลื่นตามขวาง (Transverse Wave) คือ คลื่นที่มีทิศการสั่นของอนุภาคตัวกลางตั้งฉากกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่น เช่น คลื่นผิวน้ำ คลื่นในเส้นเชือก เป็นต้น


2. คลื่นตามยาว (LONGITUDINAL WAVE) คือ คลื่นที่ทำให้อนุภาคของตัวกลางที่เคลื่อนที่ผ่านมีการเคลื่อนที่ไปกลับในทิศทางที่เดียวกันกับทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่น เช่น คลื่นเสียง , คลื่นในสปริงเป็นต้น

 

ส่วนประกอบของคลื่น

1.สันคลื่น (Crest) เป็นตำแหน่งสูงสุดของคลื่น
2.ท้องคลื่น (Trought) เป็นตำแหน่งต่ำสุดของคลื่น
3.การกระจัด (Displacement) คือ ระยะที่วัดจากแนวสมดุลไปยังตำแหน่งใดๆ บนคลื่น
-ตำแหน่งที่สูงกว่าแนวสมดุล การกระจัดจะเป็นบวก
-ตำแหน่งที่ต่ำกว่าแนวสมดุล การกระจัดจะเป็นลบ
4.แอมพลิจูด (Amplitude, A) คือ การกระจัดของอนุภาคที่มีค่ามากที่สุด
5.ความยาวคลื่น (Wavelength, λ) คือ ระยะห่างระหว่างสันคลื่นกับสันคลื่นที่อยู่ติดกัน หรือท้องคลื่นกับท้องคลื่นที่อยู่ติดกัน หรือระยะความยาวของลูกคลื่น 1 ลูก
6.คาบ (Period, T) คือ เวลาที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่านตำแหน่งใดๆ ครบหนึ่งลูกคลื่น มีหน่วยเป็น วินาที

สมบัติของคลื่น

1. การสะท้อน
การสะท้อนของคลื่นจะเกิดเมื่อคลื่นเคลื่อนที่ไปกระทบสิ่งกีดขวางแล้วเปลี่ยนทิศทาง กลับสู่ตัวกลางเดิม




2. การหักเห
การหักเห คือ การที่คลื่นน้ำเคลื่อนที่จากตัวกลางหนึ่ง(บริเวณหนึ่ง) ไปสู่อีกตัวกลางหนึ่ง(อีกบริเวณหนึ่ง) แล้วทำให้อัตราเร็วของคลื่นเปลี่ยนไป (λ เปลี่ยนไปด้วย แต่ f คงที่) โดยที่คลื่นที่เคลื่อนที่ผ่านรอยต่อระหว่างตัวกลางไปเรียกว่า คลื่นหักเห






3.การแทรกสอด
เมื่อทำการทดลองโดยให้มีคลื่นต่อเนื่องจากแหล่งกำเนิดคลื่นสองแหล่งที่มีความถี่เท่ากันและมีเฟสตรงกันเคลื่อนที่มาพบกัน จะเกิดการซ้อนทับระหว่างคลื่นต่อเนื่องทั้งสองขบวนนั้น เกิดเป็นแนวมืดและแนวสว่างสลับกัน เรียกว่า ลวดลายการแทรกสอด(Interference pattern) ปรากฏการณ์เช่นนี้เกิดจากการแทรกสอดของคลื่น

4.การเลี้ยวเบน
ถ้ามีสิ่งกีดขวางกั้นการเคลื่อนที่ของคลื่นเพียงบางส่วน จะพบว่ามีคลื่นส่วนหนึ่งแผ่จากขอบของสิ่งกีดขวางไปทางด้านหลังของสิ่งกีดขวางนั้น การที่มีคลื่นปรากฏอยู่ทางด้านหลังของแผ่นกั้นคลื่นในบริเวณนองทิศทางเดิมของคลื่นเรียกว่า การเลี้ยวเบนของคลื่น

สรุป
1. คลื่นกลต้องอาศัยตัวกลาง คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไม่จำเป็นต้องอาศัยตัวกลางมี 7 ชนิด คือ วิทยุ ไมโครเวฟ อินฟาเรด แสง อัลตราไวโอเลต รังสีเอ็กซ์ รังสีแกมมา
2. คลื่นตามขวาง ตัวกลางสั่นตั้งฉากกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่น คลื่นตามยาว ตัวกลางสั่นขนานกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่น
3. สมบัติคลื่นที่สำคัญมี 4 ชนิดคือ การสะท้อน การหักเห การเลี้ยวเบน การแทรกสอด
4. น้ำลึกความยาวคลื่นมาก ความเร็วมาก น้ำตื้นความยาวคลื่นน้อย ความเร็วน้อย แต่น้ำลึก น้ำตื้นมีความถี่เท่ากัน
5. สูตรที่ควรรู้ v=fλ v คือ ความเร็ว, f คือ ความถี่, λ คือ ความยาวคลื่น 

คลิป