ความหมายและประเภทของคลื่น
คลื่น หมายถึง ลักษณะของการถูกรบกวน ที่มีการแผ่กระจาย เคลื่อนที่ออกไป ในลักษณะของการกวัดแกว่ง หรือกระเพื่อม และมักจะมีการส่งถ่ายพลังงานไปด้วย คลื่นเชิงกลซึ่งเกิดขึ้นในตัวกลาง
การจำแนกคลื่นตามลักษณะการอาศัยตัวกลาง แบ่งเป็น 2 แบบ คือ
1.คลื่นกลหรือคลื่นยืดหยุ่น (Mechanical Wave หรือ Elastic Wave) คือ คลื่นที่อาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ โดยตัวกลางจะเกิดการสั่นทำให้เกิดการส่งผ่านพลังงานจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง
2.คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Wave) คือ คลื่นที่ไม่ต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่
แบ่งชนิดของคลื่น โดยพิจารณาทิศทางของการเคลื่อนที่ของคลื่นและของตัวกลางที่ถูกรบกวน สามารถแบ่งได้เป็น 2 ชนิดคือ
1.คลื่นตามขวาง (Transverse Wave) คือ คลื่นที่ทำให้อนุภาคของตัวกลางที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่านมีการเคลื่อนที่ไปกลับในทิศทางที่ตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนของคลื่น เช่น คลื่นน้ำ, คลื่นในเส้นเชือก เป็นต้น
2.คลื่นตามยาว (Longitudinal Wave) คือ คลื่นที่ทำให้อนุภาคของตัวกลางที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่านมีการเคลื่อนที่ไปกลับในทิศทางที่เดียวกันกับทิศทางการเคลื่อนของคลื่น เช่น คลื่นเสียง, คลื่นในสปริง เป็นต้น
แบ่งตามความต่อเนื่องของแหล่งกำเนิดแบ่งออกได้ 2 ชนิด
1.คลื่นดล (PuLse Wave) เป็นคลื่นที่เกิดจากแหล่งกำเนิดสั่น หรือการรบกวนตัวกลางเป็นช่วงเวลาสั่น ๆ ทำให้เกิดคลื่นเพียง 1 หรือ 2 คลื่น แผ่ออกไป เช่น การนิ้วจุ่มที่ผิวน้ำเพียงครั้งหรือ 2 ครั้ง
2.คลื่นต่อเนื่อง (Continuous Wave) เป็นคลื่นที่เกิดจากแหล่งกำเนิดสั่น หรือการรบกวนตัวกลางอย่างต่อเนื่อง ทำให้เกิดคลื่นแผ่ออกไปเป็นขบวนอย่างต่อเนื่อง เช่น การเกิดคลื่นผิวน้ำเนื่องจากแหล่งกำเนิดติดกับมอเตอร์ หรือการสบัดเชือกอย่างต่อเนื่อง
องค์ประกอบพื้นฐานของคลื่น
โดยทั่วไปคลื่นมีองค์ประกอบพื้นฐานดังนี้
1.ความยาวคลื่น (Wave Length ; λ ) หมายถึง ความยาวของคลื่น 1 คลื่น เป็นระยะทางที่วัดระหว่างจุดสองจุดที่สั้นที่สุดบนคลื่นที่เฟสตรงกัน ในระบบ SI มีหน่วยเป็นเมตร (m)
2. ความถี่ (Frequency ; f ) หมายถึง จำนวนคลื่นที่เคลื่อนที่ผ่านจุดใด ๆ ในหนึ่งหน่วยเวลา ในระบบ SI มีหน่วยเป็น วินาที-1(s-1) หรือ เฮิร์ทซ์ (Hz)
3. คาบการเคลื่อนที่ (Period ; T) หมายถึง เวลาที่คลื่น 1 คลื่น เคลื่อนที่ผ่านจุดใด ๆ ในระบบ SI มีหน่วยเป็นวินาที (s)
4. อัตราเร็วของคลื่น (Speed ; v) หมายถึง ระยะทางที่คลื่นเคลื่อนที่ได้ในหนึ่งหน่วยเวลาและเนื่องจากขณะที่คลื่นเคลื่อนที่ไปด้วย อัตราเร็วค่าหนึ่ง เฟสของคลื่นก็เคลื่อนที่ไปด้วยอัตราเร็ว เท่ากัน ดังนั้นในบางครั้งจึงเรียกว่า อัตราเร็วเฟส ( Phase Speed) ของคลื่น ในระบบ SI มีหน่วยเป็นเมตรต่อวินาที (ms-1)
5. มุมเฟส (Phases Angle; Φ ) หมายถึง มุมที่ใช้กำหนดตำแหน่งบนคลื่นขณะที่เคลื่อนที่ โดยมีความสัมพันธ์กับการกระจัดของการเคลื่อนที่ของคลื่น ในระบบ SI มีหน่วยเป็นเรเดียน (Radian ; rad)
6. แอมพลิจูด ( Amplitude A) หมายถึง การกระจัดสูงสุดของการสั่นของอนุภาคจากระดับปกติ ค่าของแอมปลิจูดจะบอกค่าพลังงานของคลื่นโดยพลังงานจะแปรโดยตรงกับแอมปลิจูด ในระบบ SI มีหน่วยเป็นเมตร (m)
การรวมคลื่น
เมื่อคลื่น 2
กระบวนผ่านมา ในบริเวณเดียวกัน มันจะรวมกัน
โดยอาศัยหลักการซ้อนทับของคลื่น (Superposition principle) ซึ่งเสนอโดยท่านดอกเตอร์ โทมัส ยัง ดังรูปล่าง
คลื่น y1
และ y2 รวมกันกันเป็นคลื่นรวม
y รูป a)
คลื่นทั้งสองเกือบจะอยู่ในเฟสเดียวกัน คลื่นรวมจึงมีแอมพลิจูดเพิ่มขึ้น
b)
คลื่นทั้งสองมีเฟสเกือบจะตรงกันข้ามกัน ( 180 องศา)
คลื่นรวมจึงมีแอมพลิจูดลดลงเกือบจะเป็นศูนย์
c)
คลื่นทั้งสองที่เกิดจากส้อมเสียง มีเฟสต่างกัน 180
องศา คลื่นรวมจึงมีแอมพลิจูดเป็นศูนย์
คลื่นทั้งสองกระบวน มีลักษณะของคลื่นต่างกันมาก ผลรวมของคลื่น
(y1 + y2 )
จึงเป็นคลื่นที่ไม่สม่ำเสมอ
คลื่นน้ำทั้ง
2 กระบวนมีความถี่แตกต่างกัน สังเกตคลื่นรวม
คุณสมบัติของคลื่น แบ่งเป็น 4 แบบ
1. การสะท้อนของคลื่น
การสะท้อนของคลื่น หมายถึง การเปลี่ยนทิศทางการเดินทางของคลื่นโดยทันทีทันใดเมื่อคลื่นนั้นเดินทาง
ตกกระทบที่ผิวของตัวกลาง นั่นคือ คลื่นกระดอนออกจากผิวสะท้อน
ของตัวกลาง ในลักษณะเดียวกับแสงสะท้อนจากกระจกเงา จากรูปที่ 2 แสดงปรากฎการณ์ ของการสะท้อนของคลื่นวิทยุ สังเกตได้ว่ามุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน
2. การหักเหของคลื่น
การหักเหของคลื่นวิทยุเกิดขึ้นเมื่อคลื่นวิทยุเดินทางจากตัวกลางหนึ่ง
ไปยังอีกตัวกลางหนึ่งที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าไม่เหมือนกัน
โดยที่มุมตกกระทบ ณ ตัวกลางที่สองไม่เป็นมุมฉาก
พลังงานคลื่นส่วนหนึ่งจะสะท้อนกลับเข้าไปยังตัวกลางที่หนึ่ง
โดยมีมุมตกเท่ากับมุมสะท้อน
แต่ยังมีพลังงานคลื่นอีกส่วนหนึ่งเดินทางเข้าไปยังตัวกลางที่สอง
การเดินทางเข้าไปยังตัวกลางที่สองนี้
จะไม่เป็นแนวเส้นตรงต่อไปจากแนวทางเดินในด้านตัวกลางแรก
แต่จะหักเหออกไปมากน้อยขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางไฟฟ้าของตัวกลางทั้งสอง
สาเหตุที่เกิดการหักเหของทางเดินของคลื่นวิทยุ เนื่องจาก
ความเร็วของคลื่นวิทยุในตัวกลาง
ที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าแตกต่างกันจะไม่เท่ากัน เช่น
คลื่นวิทยุจะเดินทางในน้ำบริสุทธิ์จะช้ากว่าเดินทางในอากาศถึง 9 เท่า
เป็นต้น
3. การแพร่กระจายคลื่น
การแพร่กระจายคลื่น มีชื่อเรียก ได้ต่างๆกัน ไป
เช่น การ เลี้ยวเบน ของ คลื่น หรือ การ เบี่ยงเบน ของ คลื่น การ
เบี่ยงเบน ของ คลื่น เกิดขึ้น เมื่อ คลื่น เดินทาง ผ่าน มุม หรือ ขอบ ของ
ตัวกลาง ทึบ ที่ คลื่น นั้น ไม่ สามารถ ผ่านได้ เช่น คลื่น วิทยุ
ความถี่ สูงมาก เดินผ่าน ยอดเขา คลื่นนี้ มี คุณสมบัติ เดินทาง เป็น
เส้นตรง ดังนั้น ถ้าเรา ลาก เส้นตรง จาก สายอากาศ ไปยัง ยอดเขา ส่วนที่
อยู่ หลัง ยอดเขา และ ต่ำกว่า เส้นนี้ ลงมา ไม่ ควร ที่จะ ได้รับ คลื่น
ได้เลย แต่ บางส่วน ที่ อยู่ หลัง ยอดเขา สามารถ รับ คลื่นวิทยุ ย่าน
ความถี่ สูง ได้ เนื่องจาก ความถี่สูง ขึ้น การ เบี่ยงเบน ของ คลื่น
ก็ยิ่ง ลดลง กล่าวคือ คลื่น จะ เดินทาง เป็น แนว เส้นตรง แต่ บางส่วน
ของ คลื่น เกิดการ กระทบ กับ สลิตแคบๆ (ยอดเขา) ทำให้ คลื่น เกิดการ
แตกกระจาย ออกไป โดยรอบ เสมือนกับ เป็น แหล่ง กำเนิด คลื่น ใหม่
นั่นเอง ดังรูป ที่ แสดง คลื่น ผ่าน ช่องสลิต ที่แคบ โดย มี หลักการดังที่ ได้ กล่าวไป ข้างต้น
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น