รหัสวิชา ว23102 กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี รายวิชาวิทยาศาสตร์พื้นฐาน หน่วยที่ 6 คลื่น ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 3
1. ประเภทของคลื่น 4. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า 5. ประโยชน์คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า 2. คลื่นกล 3. การค านวณคลื่นกล หัวข้อที่เรียน วิ ท ย า ศ า ส ต ร์ b y K r u _ T O N K L A 2
1. คลื่นตามยาว (Longitudinal wave) เป็นคลื่นที่เคลื่อนที่ตามแนวยาว เช่น โดยทิศทางการสั่นของตัวกลางจะอยู่ใน แนวขนานกับการเคลื่อนที่ของคลื่น เช่น คลื่นเสียง แบ่งได้ 2 ประเภท จ าแนกตามการสั่นของแหล่งก าเนิดหรือลักษณะการเคลื่อนที่ของคลื่น ดังนี้ 2. คลื่นตามขวาง (Transverse wave) เป็นคลื่นที่เคลื่อนที่ตามแนวขวาง โดยทิศทางการสั่นของตัวกลางจะอยู่ใน แนวตั้งฉากกับการเคลื่อนที่ของคลื่น เช่น คลื่นน้ า คลื่นในเส้นเชือก 1. ประเภทของคลื่น วิ ท ย า ศ า ส ต ร์ b y K r u _ T O N K L A 3 ทิศทางการเคลื่อนที่ ของอนุภาคตัวกลาง ตั้งฉากกับทิศทางการ เคลื่อนที่ของคลื่น ทิศทางการเคลื่อนที่ของ อนุภาคตัวกลางอยู่ใน แนวเดียวกับทิศทางการ เคลื่อนที่ของคลื่น
1. คลื่นกล ต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ เช่น คลื่นในเส้นเชือก คลื่นในลวดสปริง คลื่นน้ า คลื่นเสียง คลื่นแบ่งได้ 2 ประเภท จ าแนกตามชนิดของตัวกลางที่คลื่นใช้ในการเดินทาง 2. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ไม่ต้องการตัวกลางในการเคลื่อนที่ อาศัยการเหนี่ยวน ากันระหว่างสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกชนิดเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากัน คือ 3x108 m/s เช่น คลื่นแสงและวิทยุ ซึ่งเปลี่ยนแปลง ตลอดเวลา ทิศของสนามจะตั้งฉากกับทิศการเคลื่อนที่ 1. ประเภทของคลื่น วิ ท ย า ศ า ส ต ร์ b y K r u _ T O N K L A 4
1. คลื่นดล (Pulse wave) เป็นคลื่นที่เกิดจากแหล่งก าเนิดถูกรบกวนเพียงครั้งเดียว เช่นการโยนหินลงในน้ า ท าให้เกิด ระลอกคลื่นกระจายเป็นวงออกจากจุดศูนย์กลางต าแหน่งที่หินตกลงไป และมันเกิดคลื่นเพียงแค่ระลอกเดียวก่อนจะหายไป แบ่งได้ 2 ประเภท จ าแนกตามความต่อเนื่อง ทิศทาง และการสั่นของคลื่น ดังนี้ 2. คลื่นต่อเนื่อง (Continuous wave) เป็นคลื่นที่เกิดจากการที่แหล่งก าเนิดถูกรบกวนเรื่อย ๆ อย่างเป็นจังหวะ ดังนั้น คลื่นที่ได้ก็จะออกมาอย่างต่อเนื่อง 1. ประเภทของคลื่น วิ ท ย า ศ า ส ต ร์ b y K r u _ T O N K L A 5 น้ า 1 หยด น้ า หลายหยด
ตัวอย่างใบงาน วิ ท ย า ศ า ส ต ร์ b y K r u _ T O N K L A 6 SCAN ME เกมส์คลื่นเบื้องต้น SCAN ME วีดีทัศน์คลื่นตามยาว และคลื่นตามขวาง
สันคลื่น crest ต าแหน่งสูงสุดของคลื่น ท้องคลื่น trough ต าแหน่งต่ าสุดของคลื่น แอมพลิจูด amplitude; A ระยะการกระจัดสูงสุดจาก แนวสมดุล ความยาวคลื่น (wavelength; ) ความยาว 1 ลูกคลื่น มีค่าเท่ากับระยะห่างจากสันคลื่นที่ อยู่ติดกัน หรือระยะห่างจากท้อง คลื่นหนึ่งถึงท้องคลื่น ที่อยู่ติดกัน มีหน่วยเป็น เมตร (m) 2. คลื่นกล วิ ท ย า ศ า ส ต ร์ b y K r u _ T O N K L A 7 ความถี่ (frequency ; f ) จ านวนลูกคลื่นที่เกิดขึ้น หรือแผ่ออกไปจากแหล่งก าเนิดในเวลา 1 วินาที มีหน่วยเป็น รอบต่อวินาที (s −1 ) หรือเฮิรตซ์ (Hz) คาบ (Period ; T ) เป็นระยะเวลาที่ ต าแหน่งใด ๆ บนคลื่นเคลื่อนที่ครบหนึ่งรอบ คาบมีหน่วยเป็น วินาที (s)
จงตอบค าถามต่อไปนี้ 1. สันคลื่นและท้องคลื่น อยู่ต าแหน่งใด ตอบ 2. คลื่นที่เกิดขึ้นมีแอมพลิจูดและความยาวคลื่นเท่าใด ตอบ สันคลื่น P , T , X และ ท้องคลื่น R , V แอมพลิจูด 4 เมตร และ ความยาวคลื่น 4 เมตร 4 -4 ระยะในแนวดิ่ง(เมตร) ระยะในแนวระดับ(เมตร) P 0 R T V X 2. คลื่นกล วิ ท ย า ศ า ส ต ร์ b y K r u _ T O N K L A 8
ความถี่ (frequency; f ) จ านวนลูกคลื่นที่เกิดขึ้น หรือแผ่ออกไปจากแหล่งก าเนิด ในเวลา 1 วินาที มีหน่วยเป็น รอบต่อวินาที (s −1 ) หรือเฮิรตซ์ (Hz) ช่วงเวลาที่อนุภาคของตัวกลางสั่นครบ 1 รอบ หรือเป็นช่วงเวลาที่คลื่นเคลื่อนที่ไปเป็นระยะทางเท่ากับ 1 ความยาวคลื่น มีหน่วยเป็น วินาที (s) คาบ (period; T ) ความถี่สูง (มาก) ความยาวคลื่นสั้น (น้อย) ความถี่ต่ า (น้อย) ความยาวคลื่นยาว (มาก) 1 รอบต่อวินาที หรือ 1 Hz 2 รอบต่อวินาที หรือ 2 Hz วิ ท ย า ศ า ส ต ร์ b y K r u _ T O N K L A 9 2. คลื่นกล
ถ้าคลื่นมีคาบเป็น T วินาที และมีความถี่เป็น f เฮิรตซ์ สามารถเขียนความสัมพันธ์ดังสมการ = หรือ 1 f f = 1 เมื่อเวลาผ่านไปเท่ากับ 1 คาบของคลื่น ระยะทางที่คลื่นเคลื่อนที่ไปมีค่าเท่ากับ 1 ความยาวคลื่น โดยที่อัตราเร็วมี ค่าเท่ากับระยะทางต่อหน่วยเวลา สามารถค านวณอัตราเร็วของคลื่น (v) ได้จากสมการ v = fλ วิ ท ย า ศ า ส ต ร์ b y K r u _ T O N K L A 10 3. การค านวณคลื่นกล
ตัวอย่าง 1 : คลื่นขบวนหนึ่งมีอัตราเร็ว 70 เมตรต่อวินาที และมีความยาวคลื่น 7 เมตร ความถี่ของคลื่นจะมีค่าเท่าใด วิ ท ย า ศ า ส ต ร์ b y K r u _ T O N K L A 11 3. การค านวณคลื่นกล วิธีท า จากสมการ V = fλ f = v λ f = 70 m/s 7 m f = 10 Hz ตอบ คลื่นขบวนนี้จะมีความถี่เท่ากับ 10 เฮิรตซ์
ตัวอย่าง 2 : คลื่นต่อเนื่องขบวนหนึ่งมีความถี่ 90 เฮิรตซ์ ขณะเวลาหนึ่งมีลักษณะดังรูป ถ้าแกน x และแกน y แทนระยะทางในหน่วยเซนติเมตร จงหาแอมพลิจูด ความยาวคลื่น คาบ อัตราเร็วของคลื่น ตามล าดับ ตอบ จากรูปวัดค่าแอมพลิจูดของคลื่นได้เท่ากับ 1 เซนติเมตร ค่าความยาวคลื่นได้ 2 เซนติเมตร ▪ หาคาบของคลื่น จาก = 1 f แทนค่า = 1 90 = 0.011 S ▪ หาอัตราเร็วของคลื่น จาก v = fλ แทนค่า v = (90)(210−2 ) ดังนั้น คาบของคลื่นเท่ากับ 0.011 วินาที V = 1.8 m/s ดังนั้นอัตราเร็วของคลื่นเท่ากับ 1.8 เมตรต่อวินาที วิ ท ย า ศ า ส ต ร์ b y K r u _ T O N K L A 12 3. การค านวณคลื่นกล
เป็นคลื่นที่ไม่อาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ ทิศทางของสนามไฟฟ้า (E⃑ ) และ สนามแม่เหล็ก ( B⃑ ) จะตั้งฉากกันเสมอ และจะตั้งฉากกับแนวการเคลื่อนที่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ดังนั้น คลื่น แม่เหล็กไฟฟ้าจึงจัดเป็นคลื่นตามขวาง วิ ท ย า ศ า ส ต ร์ b y K r u _ T O N K L A 13 4. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
สเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า วิ ท ย า ศ า ส ต ร์ b y K r u _ T O N K L A 14 4. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (ความถี่) λ น้อย มาก (ความยาว) มาก น้อย เรดิโอ ไมโคร อินฟรา วี อุลตรา เอ็กซ์เรย์ แกมมาเรย์
สเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า วิ ท ย า ศ า ส ต ร์ b y K r u _ T O N K L A 15 4. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
ความถี่ต่่า พลังงานต่่า ความถี่สูง พลังงานสูง คลื่นไมโครเวฟ แสงที่มองเห็นได้ รังสีเอกซ์ คลื่นวิทยุ รังสีอินฟาเรด หรือรังสีความร้อน รังสีอัลตราไวโอเลต หรือรังสียูวี รังสีแกมมา วิ ท ย า ศ า ส ต ร์ b y K r u _ T O N K L A 16 5. ประโยชน์คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า