รายงาน เรื่อง คลื่น จัดทำโดย สามเณรอัษฎา กาหลง ม.5/1 เลขที่ 2 สามเณรพชร ตุลยาภรณŤ ม.5/2 เลขที่ 2 สามเณรพุทธินัน สุขบัว ม.5/2 เลขที่ 3 สามเณรธเนศพล สาระเพ็ญ ม.5/2 เลขที่ 7 เสนอ อาจารยŤบัณฑิต ผองผึ้ง Š รายงานเลŠนนี้เปŨ นสŠวนหนึ่งของวิชากายภาพ (ฟŗสิกสŤ) ภาคเรียนที่ 2 ปŘการศึกษา 2566 โรงเรียนมหาวชิราลงกรณราชวิทยาลัย
ก คำนำ รายงานเลŠมนี้เปŨ นสŠวนหนึ่งของวิชาวิทยาศาสตรŤกายภาพ (ฟŗสิกสŤ) ชั้นมัธยมศึกษาปŘที่5 เพ่อืใหšไดšศึกษาหาความรูšใน เรื่อง คลื่น และไดศึกษาอย š Šางเขšาใจ เพื่อเปŨนประโยชนŤกับการเรียน หวังวŠารายงานเลŠมนี้ จะเปŨนประโยชนŤกับผูšอŠานหรือนักเรียน นักศกึษา ที่กำลัง หาขšอมูลเรื่องนี้อยูŠ หากมีขšอผิดพลาดประการใดขอนšอมรับและขออภัย มา ณ ที่นี้ดšวย จัดทำโดย สามเณรอษัฎา กาหลง สามเณรพชร ตุลยาภรณŤ สามเณรพุทธินัน สุขบัว สามเณรธเนศพล สาระเพ็ญ
ข สารบัญ เรื่อง หนšา คำนำ ก สารบัญ ข คลื่น 1 -การเคลอื่นที่ของอนุภาค 1 -การเคลื่อนที่ของคลื่น 1 ประเภทของคลื่นคลื่น 1 ประเภทตามทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่นและการสั่นของตัวกลาง 2 สŠวนประกอบของคลื่นและอตัราเร ็ ว 3 อัตราเร็วของคลื่นอัตราเร็วในเรื่องคลื่น 5 สมบัติของคลื่น 6 การถŠายโอนพลังงานของคลื่น 7 คลื่นเสียง 8 สรุป 11 บรรณานุกรม 12
1 คลื่น ความแตกตŠางระหวŠางคลื่นกับอนุภาคการเคลื่อนที่ของคล่นืเปŨนปรากฎการณŤการสŠง ถŠายพลังงานตŠอไปเรอื่ยๆ จากแหลŠงกำเนิดที่ถูกรบกวน (เชŠน การสะบัดเชอืก การโยนหินลงในน้ำ) โดยมีความแตกตŠางจากการเคลื่อนที่ของอนุภาค ดังนี้ การเคลื่อนที่ของอนุภาค เมื่ออนภุาคเคลื่อนที่อนภุาคจะเปŨ นตัวนำพาพลงังานไปดšวยเชŠน การเตะบอล มีการสŠงผŠาน พลังงานจากเทšาผานลูกบอล แลŠ šวลูกบอลนั้นจะนำพาพลังงานตอไปยังจุดหมาย Š ซึ่งจะเห็นวŠาลูกบอลจะเคลื่อนที่ไปกับพลังงานนั้นดšวย การเคลื่อนที่ของคลื่น เมื่อคลื่นเคลอื่นที่คลื่นจะพาพลังงานไปดšวย แตŠตัวกลางที่คลื่นเคลื่อนที่ผŠานจะไมŠไดš เคลอื่นที่ตามคลื่นไป จะเคลื่อนที่สั่นไปสั่นมาอยูตำแหน Š Šงเดิม เชŠน ใบไมšบนผิวน้ำ เมื่อคลื่นน้ำผŠานมาก็จะสั่นขึ้นลงอยูŠกับที่พอคลนื่น้ำผŠานไปใบไมšก็จะอยูนŠ ิ่งๆ เหมือนเดมิ ประเภทของคลื่นคลื่นแบŠงไดš2 ประเภทตามการอาศัยตัวกลางดังนี้ 1. คลื่นกล ตšองอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ เชŠน คลื่นเสยีง (ตัวกลางคือสิ่งที่เคล่อืน ผŠานอาจเปŨนอากาศ น้ำ เปŨ นตšน) คลื่นในเสšนเชอืก (ตัวกลางคอืเสšนเชือก) 2. คลื่นแมŠเหล็กไฟฟŜา ไมŠตšองการตวักลางในการเคล่อืนที่อาศัยการเหนี่ยวนำกัน ระหวŠางสนามแมŠเหล็กและสนามไฟฟา คลื่นแม Ŝ Šเหล็กไฟฟาŜทุกชนิดเคลอื่นที่ดšวยความเร็ว เทŠากัน คือ 3x108m/s เชŠน คลื่นแสงและวิทยุ คลื่นแบŠงไดš2 ประเภทตามทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่นและการสั่นของตัวกลางดังนี้
2 1. คลื่นตามขวาง คือ คลื่นที่มีการเคลื่อนที่หรอืการสั่นของอนุภาคตัวกลางใน แนวตั้งฉากกับทิศที่คลนื่แผŠออกไป เชŠน คลื่นในเสšนเชือก คลื่นแมŠเหล็กไฟฟŜาเปŨ นตšน 2. คลื่นตามยาว คือ คลื่นที่มีการเคลื่อนที่หรอืการสั่นของอนุภาคตวักลางซึ่ง เคลอื่นที่ไป-กลับ หรือสั่นในแนวเดี่ยวกันกับทิศที่คลื่นเคลอื่นทไี่ป เชŠน คลื่นในสปริง คลื่น เสียง เปŨ นตšน คลื่นบางชนิด เชŠน คลื่นสปริง อาจเปŨนทั้งคลื่นตามยาว และคลื่นตามขวาง เพราะเรา อาจจะอัดปริงเพื่อใหšเกิดคลื่นตามยาว หรอืจะสะบัดมันเพื่อใหšเกิดคลนื่ตามขวางก ็ไดš คลื่นแบŠงไดš2 ประเภทตามลักษณะกำเนิดคลนื่ดังนี้ 1. คลื่นดล คอืคลื่นที่แออกไปทีเดยวแลšวไมŠมีอกีเชŠน เราแตะผิวน้ำหนึ่งครั้ง จะเกิดคลื่นบนผิวน้ำ คลื่นที่ออกจากแหลŠงกำเนิดหนึ่งครั้งเชŠนกัน 2. คลื่นตŠอเนื่อง คือ คลื่นที่แผŠออกไปอยŠางตŠอเนื่อง เชŠน เมื่อผิวน้ำถูกรบกวนเปŨ น จังหวะตŠอเนื่อง จะทำใหšเกิดคลื่นผิวน้ำเคลื่อนที่ออกจากตัวกำเนิดตลอดเวลา
3 สŠวนประกอบของคลื่นและอตัราเร ็ ว คลื่นเปŨนปรากฎการณŤที่ประกอบดšวยการเคลื่อนที่ของสองสิ่งประกอบกัน คือ ตัวคลื่น ซึ่งเคลอื่นที่เปนเส Ũ šนตรงไปเรอื่ยๆ กับการเคลื่อนที่ของอนุภาคตวักลางหรอืบริเวณ ที่คลื่นผŠานกŠอนที่จะมารูจักอัตราเร็วของคลื่น เรามาทำควารู š šจักสŠวนประกอบของคลื่นกัน สŠวนประกอบของคลื่น 1.สันคลื่น (Crest) เปนตำแหน Ũ Šงสูงสุดของคลนื่หรือเปŨนตำแหนŠงที่ มีการกระจัดสูงสุดในทางบวก 2.ทšองคลื่น (Crest) เปŨนตำแหนŠงต่ำสุดของคลื่น หรือเปŨนตำแหนŠงที่ มีการกระจัดสูงสุดในทางลบ 3.แอมพลิจูด (Amplitude) เปŨนระยะการกระจัดมากสุด ทั้งคŠาบวก และคŠาลบ
4 4.ความยาวคลื่น (wavelength) เปŨ นความยาวของคลื่นหนึ่งลูกมคีŠาเทŠากับ ระยะระหวŠางสันคลื่นหรือทอšงคล่นืที่อยูŠถัดกัน ความยาวคลื่นแทนดšวยสัญลักษณŤ มีหนŠวยเปŨนเมตร (m) 5.ความถี่ (frequency) หมายถึง จำนวนลูกคลื่นที่เคลื่อนที่ผานตำแหน Š Šงใด ๆ ในหนึ่งหนŠวยเวลา แทนดšวยสญัลักษณŤ มีหนŠวยเปŨ นรอบตŠอวินาที (s -1) หรือ เฮริตซŤ (Hz) 6.คาบ (period) หมายถึง ชŠวงเวลาที่คลื่นเคลอื่นที่ผานตำแหน Š Šงใด ๆ ครบหนึ่งลูกคลื่น แทนดวšยสญัลักษณŤ มีหนŠวยเปŨนวินาทีตŠอรอบ (s) 7.อัตราเร็วของคลื่น (wave speed) หาไดšจากผลคณูระหวŠางความยาวคลื่น และความถี่
5 อัตราเร็วของคลื่นอัตราเร็วในเรื่องคลื่น แบŠงไดšดังนี้ 1. อัตราเร็วคลื่น หรอืเรยีกวŠาอัตราเร็วเฟสเปŨ นอัตราเรว ็ คลื่นที่เคลื่อนทไี่ปแบบเชิง เสšนซึ่งอัตราเร็วคลื่นกลจะมากหรือนอยขึ้นอยู š Šกับคุณสมบัตขิองตัวกลางที่คลื่นเคลื่อนทผี่Šาน 2. อัตราเร็วของอนุภาคตัวกลางเปŨนการเคลื่อนที่แบบซิมเปŗลฮารŤมอนิกโดนสั่นซ้ำ รอยเดมิรอบแนวสมดลุไมŠวŠาจะเปŨ นคลื่นกลชนดิตามขวางหรือตามยาวสมการที่ใชš 1.อัตราเร็วที่สันคลื่นกับทšองคล่นืเปŨ นศูนยŤ 2.อัตราเร็วอนุภาคขณะผŠานแนวสมดุล มีอัตราเร ็ วมากที่สุด3.อตัราเร ็ วอนุภาคขณะมีการกระจัด y ใดๆ จากแนวสมดุล 3. อัตราเร ็ วคลื่นในน้ำขนึ้กับความลึกของนำ้ถาให š šน้ำลึก d จะไดšความสัมพันธŤ
6 4. อัตราเร็วคลื่นในเสšนเชือกขึ้นอยูŠกับแรงตึงเชือก (T) และคาŠคงตวัของเชือก(u) ซึ่งเปŨ น คŠามวลตŠอความยาวเชือก สมบัติของคลื่น (wave properties) คลื่นทุกชนิดแสดงสมบัติ 4 อยŠาง คอืการสะทอน การหักเห การแทรกสอด š และหาไดšจากผลคูณระหวŠางความยาวคลื่น และความถี่ การเลี้ยวเบน 1.การสะทšอน (reflection) เกิดจากคลื่นเคลอื่นที่ไปกระทบสิ่งกีดขวาง แลšวเปลยี่นทิศทางกลับสูŠตัวกลางเดิม 2.การหักเห (refraction) เกิดจากคลื่นเคลื่อนที่ผŠานตัวกลางที่ตŠางกนั แลšวทำใหšอัตราเรว ็ เปลยี่นไป 3.การเลี้ยวเบน (diffraction) เกิดจากคลื่นเคลื่อนที่ไปพบสิ่งกีดขวาง ทำใหšคลื่นสŠวนหนึ่งออมบริเวณของสิ่งกีดขวางแผ š Šไปทางดšานหลังของสิ่งกีดขวางนั้น 4.การแทรกสอด (interference) เกิดจากคลื่นสองขบวนที่เหมือนกันทุก ประการเคลื่อนที่มาพบกัน แลšวเกิดการซšอนทับกัน ถšาเปŨนคลื่นแสงจะเห็นแถบมืด และแถบสวŠางสลับกัน สŠวนคลื่นเสยีงจะไดยšินเสียงดังเสยีงคอยสลับกัน Š
7 การถŠายโอนพลังงานของคลื่น คลื่นเปŨ นการถŠายโอนพลังงานวิธีหนึ่ง สิ่งที่เคล่อืนที่ไปพรšอมกับคลื่นคอืพลังงาน เชŠน เมื่อโยนกšอนหินลงไปในน้ำ พลังงานจนลนŤจากกšอนหินจะเปลี่ยนไปเปนพลังงานของคลื่นน้ำ Ũ การสังเกตวŠาอนุภาคของน้ำไมŠไดšเคลอื่นที่ไปพรอมกับคลื่นทำได š šโดยการโดยเม็ดโฟมลงไป ในน้ำ เราจะพบวŠาเม็ดโฟมไมไดŠ šเคลื่อนที่ไปพรอมกับคลื่น แต š Šเม็ดโฟมจะเคลื่อนที่ขึ้นลงใน แนวดิ่ง และเคลอื่นที่ไปพรšอมกับคลื่นคอืพลังงานที่จะทำใหšเรือทอี่ยูŠในน้ำบริเวณนั้น ขยับขึ้นลงไดš
8 คลื่นเสียง เสียงเปŨ นคลื่นกลและคลื่นตามยาวชนิดหนึ่งทำไมเสยีงถึงเปŨนคลื่นตามยาว ลองจินตนาการวากำลังเป Š śาแตรอยูŠ การที่จะทำใหšเกิดเสียงไดš จะตšองอดัลมเขšาไปในทอแตร Š เหมือนกับการอัดคันสูบในกระบอกสูบ เมื่อเราอัดคันสูบเขšาไป กŢาซที่ตดิกับคันสูบก ็ ถูกอัด ทันทีทำใหšกŢาซกšอนนี้มีความดันมากขึ้น เมื่อลูกสูบหยุดเคลื่อนที่ กŢาซทถีู่กอัด ก็เคลื่อนที่ตามกระบอกลูกสูบไป 1. เสียงดังแบบตอเนื่อง ( Š continuous Noise) เปŨนเสียงดังที่เกิดขึ้นอยางŠ ตŠอเนื่อง จำแนกออกเปŨ น 2 ลักษณะ คอื เสียงดังตŠอเนอื่งแบบคงที่(steady-state Noise) และเสียงดีงตŠอเนื่องทไี่มŠคงที่(Non steady state Noise) เสียงดังตŠอเนอื่งแบบคงที่(Steady-state Noise) เปŨนลักษณะเสียงดังตŠอเนื่อง ที่มีระดับเสียง เปลยี่นแปลง ไมŠเกิน 3 เดซิเบล เชŠน เสียงจากเคร่อืงทอผšา เครื่องปŦũ นดšาย เสยีงพัดลม เปŨ นตšน
9 เสียงดังตŠอเนอื่งทไี่มŠคงที่ (Non-steady state Noise) เปŨ นลักษณะเสียงดงั ตŠอเนื่องทมี่ีระดับเลียงเปลี่ยนแปลงเกินกวŠา 10 เดชิเบล เชŠน เสียงจากเลื่อยวง เดือนเครอื่งเจียรเปŨ นตšน 2. เสียงดังเปŨ นชŠวง ๆ (lntermittent Noise) เปŨนเสียงที่ดังไมŠตŠอเนอีง มีความ เงียบหรีอเบากวŠาเปŨนระยะ ๆ ลลับไปมา เชŠน เสียงเครื่องปŦūม/อัดลม เสียง จราจร เสียงเครื่องบินทบี่ินผŠานไปมา เปŨ นตšน 3. เสียงดังกระทบ หรือ กระแทก (lmpact or lmpulse Noise) เปŨนเสียงที่ เกิดขึ้นและสิ้นสุดอยŠางรวดเร็ว ในเวลานšอยกวา Š 1 วินาที มีการเปลี่ยนแปลง ของเสยีงมากกวŠา 40 เดชิเบล เชŠน เสียงการตอกเสาเข็ ม การปŦūมชิ้นงาน การ ทุบเคาะอยางแรง เป Š Ũ นตš
10 เราสามารถสราšงคล่นืเสยีงไดšโดยการอัดคันสูบในกระบอกสูบใหšเคลอื่นที่แบบ simple hamonic ในขณะที่ลูกสูบถูกอัด กŢาซบริเวณใกลšลูกสูบจะมีความดันเพมิ่สูงขึ้น เรียกบริเวณนวี้Šาสวนอัด ( Š Compression)แตŠในขณะที่เราดึงรูปสูบออกมากŢาซบรเวณใกลš ลูกสูบจะมีความดันลดตำ่ลงเรยีกบริเวณนี้วาสŠ Šวนขยาย (Rarefaction)สลับกันไปเรื่อย ๆ คลื่นที่เกิดขึ้น เคลอื่นที่ดšวยความเร ็ วเสยีง ในตัวกลางนั้น ถšาลองสังเกตจะพบวŠาอนุภาคตัวกลาง (อนุภาคกŢาซ) เคลื่อนที่เปŨ น simplehamonic ไปๆ มา ๆ แนวเดียวกับทิศท่เีคลอื่นที่ตามสŠวนอัดสŠวนขยายของ คลื่นเสยีง ฉะนั้นเสยีงจงึจัดเปŨนคลื่นตามยาว ระยะระหวŠางกึ่งกลางสวนอัด (หรือส Š Šวนขยาย) ที่ติดกัน คือความยาวคลื่น บางครั้งเพอื่ใหšเห ็ นภาพจะแสดงเสยีงเปŨนคลื่นตามขวางเพื่อใหšเห็นสŠวนอัดขยายดังนี้
11 เสียงเปŨนคลื่นที่ตอšงอาศยัตัวกลาง เพราะตšองอาศัยการสั่นสะเทอืนของอนุภาคตัวกลางเพื่อ สŠงคลื่นตอไป Š การเคลื่อนที่ของเสียงผŠานตัวกลาง เมื่อเสียงเคลอื่นทผี่Šานตวักลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลางหนึ่ง ความถี่ของคลนื่เสียงจะมีคาŠ คงตวัเทŠากับความถี่ของแหลŠงกำเนิดเสยีง สŠวนอัตราเรว ็ ของเสียงในตวักลางหนึ่ง ๆ จะคงตัว เมื่ออุณหภูมิของตัวกลางนั้นคงตัว ดังแสดงในตารางตŠอไปนี้ จากอัตราเร็วของเสียงในอากาศพบวŠา อัตราเรว ็ ของเสยีงมคีวามสัมพันธŤกับ อุณหภูมิของอากาศ โดยเปŨนไปตามสมการVt= 331 + 0.6 t เมื่อ Vt เปŨนอัตราเร็วของ เสียงในอากาศ ที่อุณหภูมิ t ใด ๆ มีหนŠวยเปŨน เมตร/วินาที และ t เปนอุณหภูมิของอากาศ Ũ มีหนŠวยเปŨ นองศาเซลเซยีส
12 สรุป พฤติกรรมของคลื่นเปŨ นลักษณะการเคล่อืนทสี่ŠงพลังงานโดยแบŠงออกเปŨนคลื่นเชิงกล เคลื่นที่ตอšงอาศยัตัวกลางในการเคลอื่นที่คลื่นแมŠเหล็กไฟฟŜาคือคลื่นทไี่มŠตšองอาศยั ตัวกลางใน การเคลื่อนที่ และแบŠงตามลักษณะการเคลื่อนที่ของอนุภาคคือคลื่นตามยาว และคลื่นตามขวาง สำหรับความเร็วของคลื่นในเสšนเชือกจะขึ้นอยูŠ แรงที่มากระทำแลšว ทำใหšเกิด คลื่น ความยาวและมวลของเสšนเชือกความเร็วของคลื่นเสียงในอากาศจะขึ้นอยูŠ กับอุณหภูมิถšาอุณหภูมสิูงความเรว ็ จะมาก ที่ตัวกลางที่แตกตŠางกันความเร็วของคลื่นเสียงก็ จะแตกตŠางกันไป
13 บรรณานุกรม แหลŠงที่มา: https://www.scimath.org/lesson-physics/item/7261-2017-06-12-16-09-47 https://www.nectec.or.th/schoolnet/library/snet3/saowalak/wave/wave.html https://ngthai.com/science/45886/wave-physic/ https://eledu.ssru.ac.th/sumalee_ti/pluginfile.php/403/mod_resource/content/1/%E0%B 8%9A%E0%B8%97%E0%B8%97%E0%B8%B5%E0%B9%8813%20%E0%B8%84%E0%B8% A5%E0%B8%B7%E0%B9%88%E0%B8%99.pd https://www.scimath.org/lesson-physics/item/7315-2017-06-14-15-51-22
14