• 1. เสียงดังและเสียงค่อยที่ต าแหน่งต่างๆระหว่างพื้นโต๊ะกับล าโพงนั้น เกิดจากการซ้อนทับของเสียงที่ออกจากล าโพงกับเสียงที่สะท้อนจากพื้น โต๊ะท าให้เกิดปรากฏการณ์แทรกสอดมีลักษณะเป็นคลื่นนิ่ง •2. ต าแหน่งที่ได้ยินเสียงดังมีการแทรกสอดแบบเสริมและต าแหน่งนั้นจะ เป็นปฏิบัพของความดันส่วนต าแหน่งที่เสียงค่อยจะมีการแทรกสอดแบบ หักล้างและต าแหน่งนั้นจะเป็นบัพของความดัน •3.ขณะที่เกิดคลื่นนิ่งของเสียง ระยะระหว่างบัพของความดันคู่หนึ่งที่อยู่ ถัดกันมีค่าเท่ากับครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นเสียง กิจกรรม คลื่นนิ่งของเสียง
การบ้าน คลื่นนิ่งของเสียง
หากวัตถุถูกกระตุ้นด้วยความถี่เท่ากับหรือใกล้เคียงกับ ความถี่ธรรมชาติของวัตถุ วัตถุก็จะเกิดการสั่นพ้อง ปรากฏการณ์เดียวกันนี้สามารถเกิดขึ้นกับล าอากาศในท่อ ที่ถูกกระตุ้นด้วยคลื่นเสียงได้หรือไม่ ?
•หากวัตถุถูกกระตุ้นด้วยความถี่เท่ากับหรือใกล้เคียงกับความถี่ ธรรมชาติของวัตถุ วัตถุก็จะเกิดการสั่นพ้อง ปรากฏการณ์ เดียวกันนี้สามารถเกิดขึ้นกับล าอากาศในท่อที่ถูกกระตุ้นด้วยคลื่น เสียงได้หรือไม่
•เมื่อวัตถุถูกแรงภายนอกมากกระท าอย่างต่อเนื่องด้วยความถี่เท่ากับ ความถี่ธรรมชาติของวัตถุ จะท าให้วัตถุเกิดการสั่นสะเทือนอย่างรุนแรง เราเรียกปรากฏการณ์การสั่นอย่างรุนแรงเนื่องจากเหตุเช่นนี้ว่าเป็น การสั่นพ้อง ( Resonance ) •ปรากฏการณ์ที่มีเสียงดังอันเกิดจากอนุภาคตัวกลางสั่นสะเทือน อย่างรุนแรงเช่นนี้เรียกว่า การสั่นพ้องของเสียง เมื่อวัตถุถูกกระทบกระเทือน โดยทั่วไปแล้ววัตถุจะเกิดการสั่นสะเทือนด้วย ความถี่เฉพาะตัวค่าหนึ่งเรียกความถี่นี้ว่า ความถี่ธรรมชาติ ( natural frequency ) ของวัตถุนั้น
การสั่นพ้องของอากาศในท่อ กิจกรรม 12.2 การทดลองการสั่นพ้องของอากาศในหลอดเรโซแนนซ์
อภิปรายหลังกิจกรรม
กิจกรรม 12.3 การทดลองการวัดความยาวคลื่น
อภิปรายหลังกิจกรรม
ณ ต าแหน่งนี้ ล าอากาศในท่อมีความยาวเท่ากับหนึ่งในสี่ของความ ยาวคลื่นเสียง โดยอนุภาคอากาศที่ต าแหน่งติดกับลูกสูบไม่มีการเคลื่อนที่ หรือเป็นต าแหน่งบัพของการกระจัด ส่วนอนุภาคอากาศที่บริเวณปลาย ท่อด้านที่เปิดสู่อากาศจะมีการสั่นมากที่สุด หรือเป็นต าแหน่งปฏิบัพของ การกระจัด
จากรูป บริเวณปลายเปิดของท่อนี้มีความดันเท่ากับ ความดันอากาศนอกท่อตลอดเวลา จึงเป็นบัพความดัน และเราได้ยินเสียงดังที่สุดเมื่อในท่อเกิดการสั่นพ้องที่ ความยาวล าอากาศนี้
เมื่อค่อย ๆ เลื่อนลูกสูบให้ห่างออกจากปลายท่อเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ เสียงที่เคยดังที่สุดก็จะดังลดลงเป็นปกติ (ไม่เกิดการสั่นพ้อง) แต่เมื่อ เลื่อนมาถึงต าแหน่งหนึ่งก็จะได้ยินเสียงดังกว่าปกติขึ้นอีกครั้งหนึ่ง
พบว่า ความยาวของล าอากาศในท่อมีค่าเท่ากับสามในสี่ของ ความยาวคลื่นเสียง หรือเมื่อวัดระยะห่างระหว่างต าแหน่งของลูกสูบ เมื่อเกิดการสั่นพ้องครั้งแรกกับต าแหน่งของลูกสูบเมื่อเกิดการสั่นพ้องครั้งที่สองนี้ พบว่ามีค่าเป็นครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นเสียง
•ขณะที่เกิดการสั่นพ้อง (ได้ยินเสียงดังที่สุด) นั้น จะเกิดการแทรก สอดระหว่างคลื่นเสียงจากล าโพงและคลื่นเสียงที่สะท้อนจาก ลูกสูบ •ขณะที่เกิดการสั่นพ้องของเสียงในหลอด อนุภาคอากาศที่อยู่ชิดกับ ลูกสูบไม่เคลื่อนที่เป็นบัพของการกระจัด ส่วนอนุภาคอากาศที่อยู่ บริเวณปากหลอดจะสั่นไปมาออกจากต าแหน่งเดิมได้ระยะทาง มากที่สุดเป็นปฏิบัพของการกระจัด มีการกระจัดสูงสุดเท่ากับ แอมพลิจูดของเสียงที่ได้ยินขณะนั้น
•1. การเกิดการสั่นพ้องของเสียงในหลอดปลายปิด หลอดปลายปิด เป็นหลอดที่ปลายข้างหนึ่งปิด ปลายอีกข้างหนึ่งเปิด เมื่อให้คลื่นเสียงเข้าทางปากหลอดด้านเปิด คลื่นเสียงจะเข้าไปสะท้อนที่ ด้านปิดโดยมีเฟสเปลี่ยนไป 180 องศา ดังนั้นที่ต าแหน่งผิวระนาบของ ด้านปิดจะเป็นต าแหน่งของบัพ ส่วนบริเวณปากหลอดด้านเปิด โมเลกุล ของอากาศสั่นได้โดยอิสระจะเป็นต าแหน่งปฏิบัพของคลื่นนิ่งขณะเกิด การสั่นพ้อง ข้อควรทราบเกี่ยวกับการสั่นพ้อง
ความรู้เพิ่มเติม •1. ความถี่มูลฐาน (Fundamental) คือ ความถี่ต่ าสุดของคลื่นนิ่งใน หลอด ซึ่งมีความยาวคลื่นมากที่สุด แล้วท าให้เกิดการสั่นพ้องของเสียง •2. โอเวอร์โทน (Overtone) คือ ความถี่ของคลื่นนิ่งที่ถัดจากความถี่ มูลฐานแล้วท าให้เกิดการสั่นพ้องของเสียงในหลอดนั้นได้ มีค่าเป็นขั้นๆ •3. ฮาร์โมนิก (Harmonic) คือ ตัวเลขที่บอกว่าความถี่นั้นเป็นกี่เท่า ของความถี่มูลฐาน
ข้อควรทราบเกี่ยวกับการสั่นพ้อง 1. ท่อปลายปิด
35
•ตัวอย่าง วางล าโพงชิดกับปลายข้างหนึ่งของหลอดเรโซแนนซ์ เลื่อนลูกสูบออก ช้าๆ จนกระทั่งได้ยินเสียงดังเพิ่มขึ้นมากที่สุดครั้งแรกที่ระยะห่างจากปลายหลอด 3.3 เมตร ความเร็วเสียงในอากาศมีค่า 330 เมตรต่อวินาที จงหาว่าความถี่ของ เสียงจากล าโพงมีค่าเท่าใด
•2. การเกิดการสั่นพ้องของเสียงในหลอดปลายเปิด หลอดปลายเปิด เป็นหลอดที่ปลายทั้งสองข้างเปิดสู่ อากาศ คลื่นเสียงที่สะท้อนบริเวณปากหลอดทั้งสองข้าง โมเลกุลของอากาศเคลื่อนที่ได้โดยอิสระจะเป็นต าแหน่ง ปฏิบัพของคลื่น
การบ้าน การสั่นพ้องของอากาศในท่อ
การบ้าน การสั่นพ้องของอากาศในท่อ
การบ้าน การสั่นพ้องของอากาศในท่อ
•จุดประสงค์ ทดลองและอธิบายการเกิดบีต
ทบทวนความรู้ •เมื่อคลื่นเสียง จากแหล่งก าเนิดเสียงสองแหล่งที่มีความถี่ เท่ากัน เคลื่อนที่มาพบกันจะซ้อนทับกันและเกิดการแทรกสอด •“ถ้าคลื่นเสียงจากแหล่งก าเนิดเสียงทั้งสองมีความถี่ต่างกัน เคลื่อนที่มาพบกัน เสียงที่ได้ยินจะเป็นอย่างไร”
ถ้าคลื่นเสียงจากแหล่งก าเนิดทั้งสองมีความถี่ต่างกัน เล็กน้อย เคลื่อนที่มาพบกัน เสียงที่ได้ยินจะดัง-ค่อยสลับกันเป็น จังหวะคงตัว เรียกว่า การบีตของเสียง หรือเสียงบีต โดยจ านวน เสียงดัง-ค่อยที่ได้ยินในหนึ่งวินาที(จ านวนครั้งที่ได้ยินเสียงดัง หรือ จ านวนครั้งที่ได้ยินเสียงค่อยในหนึ่งวินาที) เรียกว่า ความถี่บีต หาได้จากสมการ = −
ความถี่ของเสียงที่ผู้สังเกตได้ยิน คือ
•ถ้าความถี่จากแหล่งก าเนิดต่างกันเล็กน้อย เสียงบีตที่ได้ยิน จะเป็นจังหวะช้า ๆ แต่ถ้าความถี่จากแหล่งก าเนิดทั้งสอง ต่างกันมาก เสียงบีตที่ได้ยินจะเป็นจังหวะเร็วขึ้น โดยปกติ หูของเราสามารถจ าแนกเสียงบีตที่ได้ยินเป็นจังหวะที่มี ความถี่ไม่เกิน 7 เฮิรตซ์ •เสียงบีตเป็นอย่างไร ? •http://nuclear.rmutphysics.com/blogsci5/?p=3398
เสียงที่ได้ยินจากแหล่งก าเนิดเสียงสองแหล่งที่มีความถี่ ต่างกันเล็กน้อย จะเป็นเสียงที่ดังและค่อย สลับกันเป็น จังหวะคงตัว เสียงที่ได้ยินจากแหล่งก าเนิดเสียงแหล่งเดียว กับเสียงที่ได้ยินจากแหล่งก าเนิดเสียงสองแหล่งที่มี ความถี่ต่างกันเล็กน้อย แตกต่างกันอย่างไร (เสียงที่ได้ยินจากแหล่งก าเนิดเสียงแหล่งเดียวจะเป็น เสียงดังสม่ าเสมอต่อเนื่องกัน ส่วนเสียงที่ได้ยินจาก แหล่งก าเนิดเสียงสองแหล่งที่มีความถี่ต่างกันเล็กน้อย จะเป็นเสียงดังและ ค่อยสลับกันเป็นจังหวะ)
เสียงที่ได้ยินจากแหล่งก าเนิดเสียงสองแหล่งที่มีความถี่ ต่างกันเล็กน้อย จะเป็นเสียงที่ดังและค่อย สลับกันเป็น จังหวะคงตัว เสียงที่ได้ยินจากแหล่งก าเนิดเสียงแหล่งเดียว กับเสียงที่ได้ยินจากแหล่งก าเนิดเสียงสองแหล่งที่มี ความถี่ต่างกันเล็กน้อย แตกต่างกันอย่างไร (เสียงที่ได้ยินจากแหล่งก าเนิดเสียงแหล่งเดียวจะเป็น เสียงดังสม่ าเสมอต่อเนื่องกัน ส่วนเสียงที่ได้ยินจาก แหล่งก าเนิดเสียงสองแหล่งที่มีความถี่ต่างกันเล็กน้อย จะเป็นเสียงดังและ ค่อยสลับกันเป็นจังหวะ)
ข้อสรุป 1. การที่ได้ยินเสียงจากแหล่งก าเนิดเสียงสองแหล่งที่มี ความถี่ต่างกันเล็กน้อยเป็นเสียงดังค่อยสลับกันไป เรียกว่า การบีตของเสียง 2. ปกติมนุษย์จะสามารถจ าแนกเสียงบีตที่ได้ยินเป็น จังหวะซึ่งมีความถี่ไม่เกิน 7 เฮิรตซ์