สรุปฟิสิกส์ คลื่น เสียง แสง

สรุปฟิสิกส์



คลื่น/เสียง/แสง



จัดทำโดย อผูา้สจอารนย์

นางสาว ปนัสยา อาจารย์
พันธุมาตย์ พรทวี บุญมาก
เลขที่ 16 ม.5/8




โรงเรียนสาธิต
มหาวิทยาลัยมหาสารคาม

(ฝ่ายมัธยม)

คลื่น wave

ความหมายของคลื่น

คลื่น หมายถึง ลักษณะของการถูกรบกวน ที่มีการแผ่กระจาย เคลื่อนที่ออกไป ในลักษณะของการกวัด
แกว่ง หรือกระเพื่อม และมักจะมีการส่งถ่ายพลังงานไปด้วย คลื่นเชิงกลซึ่งเกิดขึ้นในตัวกลาง (ซึ่งเมื่อมีการ
ปรับเปลี่ยนรูป จะมีความแรงยืดหยุ่นในการดีดตัวกลับ) จะเดินทางและส่งผ่านพลังงานจากจุดหนึ่งไปยังอีก
จุดหนึ่งในตัวกลาง โดยไม่ทำให้เกิดการเคลื่อนตำแหน่งอย่างถาวรของอนุภาคตัวกลาง คือไม่มีการส่งถ่าย
อนุภาคนั่นเอง แต่จะมีการแกว่งกวัด ไปกลับของอนุภาค อย่างไรก็ตามสำหรับ การแผ่รังสี
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และ การแผ่รังสีแรงดึงดูด นั้นสามารถเดินทางในสุญญากาศได้ โดยไม่ต้องมีตัวกลาง

ชนิดของคลื่น

1. จำแนกตามการใช้ตัวกลาง

1) คลื่นกล (mechanical wave) คือ คลื่นที่ต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่สามารถถ่ายทอดและ
โมเมนตัมโดยอาศัยความยืดหยุ่นของตัวกลาง เช่น คลื่นเสียง คลื่นน้ำ คลื่นในเส้นเชือก
2) คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic wave) คือ คลื่นที่ไม่ต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่
เช่น แสง คลื่นวิทยุ คลื่นโทรทัศน์

2. จำแนกคลื่นตามลักษณะการกำเนิดคลื่น

1) คลื่นดล (pulse wave) คือ คลื่นที่เกิดจากแหล่งกำเนิดสั่นเพียงครั้งเดียว ทำให้เกิดคลื่นเพียงหนึ่ง
ลูก อาจมีลักษณะกระจายออกจากแหล่งกำเนิดที่ทำให้เกิดคลื่น เช่น การโยนหินลงไปในน้ำ
2) คลื่นต่อเนื่อง (continuous wave) คือ คลื่นที่เกิดจากการสั่นของแหล่งกำเนิดหลายครั้งติดต่อกัน
ทำให้เกิด คลื่นหลายลูกติดต่อกัน โดยความถี่ของคลื่นที่เกิดขึ้นเท่ากับความถี่ของการรบกวนของแหล่ง
กำเนิดคลื่น เช่น คลื่นน้ำที่ เกิดจากการใช้มอเตอร์

3. จำแนกคลื่นตามลักษณะการเคลื่อนที่

1) คลื่นตามขวาง (transverse wave) เป็นคลื่นที่ส่งผ่านไปในตัวกลางแล้วทำให้อนุภาค ใน
ตัวกลางเคลื่อนที่ตั้งฉากกับทิศทาง การเคลื่อนที่ของคลื่น เช่น คลื่นตามขวางในเส้นเชือก คลื่นแสง
2) คลื่นตามยาว (longitudinal wave) เป็นคลื่นที่ส่งผ่านไปในตัวกลางแล้วทำให้อนุภาคใน
ตัวกลางเคลื่อนที่ตามแนวขนานกับ ทิศการเคลื่อนที่ของคลื่น เช่น คลื่นเสียง คลื่นสปริง

ส่วนประกอบของคลื่น

สันคลื่น คือ ตำแหน่งที่สูงที่สุดของทุก ๆ คลื่น
ท้องคลื่น คือ ตำแหน่งต่ำสุดของคลื่น
การกระจัด คือ ระยะที่ตัวกลางเคลื่อนที่ได้ วัดจากแนวสมดุลไปยัง
ตำแหน่งใดๆบนคลื่น
แอมพลิจูด คือ ระยะขจัดสูงสุดของคลื่นวัดจากตำแหน่งสมดุล
ความยาวคลื่น (λ) คือ ความยาวของคลื่น 1 ลูก ระยะระหว่างสัน
คลื่นที่อยู่ชิดกัน หรือท้องคลื่นที่ชิดกัน คลื่น 1 ลูก ยาวเท่ากับ λ
ความถี่ (f) คือ จำนวนลูกคลื่นที่ผ่านจุดๆหนึ่งต่อหนึ่งหน่วยเวลา
คาบ (T) คือ เวลาที่คลื่น 1 ลูก เคลื่อนที่ผ่านจุดๆหนึ่ง
อัตราเร็ว (v) คือ ระยะทางที่คลื่นเคลื่อนที่ได้ต่อ 1 หน่วยเวลา
หน้าคลื่น คือ เส้นตรงที่ลากผ่านจุดที่มีเฟสเดียวกันบนคลื่น
รังสีคลื่น คือ เส้นตรงที่แทนทิศการเคลื่อนที่ของคลื่นซึ่งจะตั้ง
ฉากกับหน้าคลื่นเสมอ

อัตราเร็วคลื่นน้ำ

ขึ้นอยู่กับความลึกของน้ำบริเวณนั้น
v = √gH
H คือ ความลึกของน้ำ (m)
g คือ ค่าความโน้มถ่วงของโลก (m/s2)

อัตราเร็วคลื่นในเส้นเชือก

ขึ้นอยู่กับความตึงของเส้นเชือกและมวลของเส้นเชือก
v = √T/ μ
T คือ ความตึงในเส้นเลือก (N)
μ คือ มวลต่อความยาวของเส้นเชือก (kg/m)

สมบัติของคลื่น

การสะท้อน (en:reflection) คลื่นเปลี่ยนทิศทางโดยการสะท้อนเมื่อตกกระทบพื้นผิว
การหักเห (en:refraction) คลื่นเปลี่ยนทิศทางเมื่อเคลื่อนที่จากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลาง
หนึ่ง
การเลี้ยวเบน (en:diffraction) คลื่นเคลื่อนที่ขยายวงออกเรื่อยๆ เช่น ลำคลื่นที่วิ่งผ่านออก
จากช่องแคบๆ จะมีลักษณะขยายขนาดลำออก
การแทรกสอด (en:interference) เกิดจากการซ้อนทับกันของคลื่น เมื่อวิ่งมาตัดกัน
การกระจาย (en:dispersion) องค์ประกอบที่ความถี่ต่างกันของคลื่น จะมีการแยกตัวออกห่าง
จากกัน
การแผ่เชิงเส้นตรง (en:rectilinear propagation) การเคลื่อนที่ของคลื่นเป็นเส้นตรง

ตัวอย่าง EXAMPLE
โจทย์
เรื่องคลื่น

ตัวอย่างที่ 1

ตัวอย่างที่ 2

ตัวอย่าง EXAMPLE
โจทย์
เรื่องคลื่น

ตัวอย่างที่ 3

ตัวอย่างที่ 4

ตัวอย่าง EXAMPLE
โจทย์
เรื่องคลื่น

ตัวอย่างที่ 5

Note.

เสียง sound

เสียง เกิดจากการสั่นของแหล่งอนุภาคกำเนิดและ
เกิดพลังงานจลน์ แล้วถ่ายทอดไปยังอนุภาคใกล้
เคียง
เสียง จัดเป็นคลื่นตามยาว
(พิจารณาจากการสั่นของตัวกลาง)

อัตราเร็วเสียงในอากาศ

อัตราเร็วของเสียงในอากาศจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของอากาศ ณ บริเวณที่เสียงเดินทางผ่าน

การเกิดเสียงก้อง (Echo)

เกิดจากเสียงสะท้อนใช้เวลาเดินทางออกจากแหล่งกำเนิดถึงหูผู้ฟังใช้เวลามากกว่า 0.1 s

การหักเหของเสียง

การหักเหของเสียง เกิดเมื่อเสียงเดินทางผ่านตัวกลางชนิดต่างกัน
หรือตัวกลางเดียวกันแต่อุณหภูมิต่างกัน จะมีเงื่อนไขเป็นไปตามกฎของสเนลล์

ปรากฎการณ์การหักเหของเสียง

ฟ้าแลบแล้วไม่ได้ยินเสียงฟ้าร้อง
เกิดจากอุณหภูมิของอากาศด้านบนกับด้านล่างต่างกันมากๆจน
ทำให้เสียงเกิดการสะท้อนกลับหมด

การหักเหของเสียงตอนกลางวันและตอนกลางคืน
เกิดจากอุณหภูมิของอากาศด้านบนและด้านล่างต่างกัน

การเกิดบีตส์

เป็นปรากฎการณ์ซ้อนทับของคลื่น 2 ขบวนที่มีความถี่ต่างกันเล็กน้อย เคลื่อนที่พบกันทำให้
เกิดการรวมกันของคลื่น

ความถี่บีตส์ คือ จังหวะของเสียงที่เราได้ยินในเวลา 1
วินาทีหรือจำนวนครั้งที่เสียงดังใน 1 วินาที

สำหรับความถี่ที่ได้ยินจะมีค่า=ค่าเฉลี่ยความถี่เสียงทั้งสองนั้น

ตัวอย่าง EXAMPLE
โจทย์
เรื่องเสียง

ตัวอย่างที่ 1

ตัวอย่างที่ 2

ตัวอย่าง EXAMPLE
โจทย์
เรื่องเสียง

ตัวอย่างที่ 3

ตัวอย่างที่ 4

ตัวอย่าง EXAMPLE
โจทย์
เรื่องเสียง

ตัวอย่างที่ 5

Note.

แสง light

ความรู้เบื้องต้น

เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งมีช่วงความยาวคลื่นอยู่ระหว่าง 380-760 nm
อัตราเร็วแสงสูงสุดในสุญญากาศเท่ากับ 3 x 10^8 m/s
แสงเดินทางเป็นเส้นตรงสำหรับตัวกลางหนึ่งๆ
แสงช่วยในการมองเห็นวัตถุและเกิดภาพ
แสงทำให้เกิดปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ
แสงจากดวงอาทิตย์เป็นแสงขาวซึ่งประกอบด้วยแสง 7 สีผสมอยู่ด้วยกันโดยจะเห็นเป็น
แถมของแสงทั้งหมดเรียงติดกันเราเรียกว่าสเปกตรัม (Spectrum)

สเปกตรัม (spectrum)

การ แสงนั้นวิ่งผ่านตัวกลางด้วยความเร็วจำกัด ของแสงใน
หักเห สุญญากาศ c จะมีค่า c = 299,792,458 เมตร ต่อ วินาที
ของ (186,282.397 ไมล์ ต่อ วินาที) โดยไม่ขึ้นกับว่าผู้สังเกตการณ์
แสง นั้นเคลื่อนที่หรือไม่ เมื่อแสงวิ่งผ่านตัวกลางโปร่งใสเช่น อากาศ
น้ำ หรือ แก้ว ความเร็วแสงในตัวกลางจะลดลงซึ่งเป็นเหตุให้เกิด
ปรากฏการณ์การหักเหของแสง คุณลักษณะของการลดลงของ
ความเร็วแสงในตัวกลางที่มีความหนาแน่นสูงนี้จะวัดด้วย
ดรรชนีหักเหของแสง (refractive index) n

กฎการสะท้อนของแสง

มุมตกกระทบ=มุมสะท้อน
รังสีตกกระทบ รังสีสะท้อนและเส้นปกติต้องอยู่
ในระนาบเดียวกัน

ภาพที่ได้จาก
กระจกเงาราบ

การเกิดภาพในกระจกเงาโค้งทรงกลม

กระจกเงาโค้งทรงกลมเป็นส่วนหนึ่งของผิวโค้งทรงกลม มี 2 ชนิด
กระจกเว้า คือ กระจกที่มีผิวโค้งเว้าเป็นผิวสะท้อนแสง
กระจกนูน คือ กระจกที่มีผิวโค้งนูนเป็นผิวสะท้อนแสง

ภาพที่เกิดจากกระจกเว้า

ภาพที่เกิดจากกระจกเว้า
ภาพที่เกิดจากกระจกนูน

ภาพที่เกิดจากกระจกนูน

สูตรที่ใช้ในการคำนวณการ
เกิดภาพในกระจกเว้าและ
กระจกโค้ง

ตัวอย่าง EXAMPLE
โจทย์
เรื่องเเสง

ตัวอย่างที่ 1

ตัวอย่างที่ 2

ตัวอย่าง EXAMPLE
โจทย์
เรื่องเเสง

ตัวอย่างที่ 3

ตัวอย่างที่ 4

ตัวอย่าง EXAMPLE
โจทย์
เรื่องเเสง

ตัวอย่างที่ 5

แสงเดินทางเป็นเส้นโค้งได้หรือไม่

Note.