เสียง PPT

หน่วยการเรียนรู้ที่ 1 การเคล่ือนท่ีแบบฮาร์มอนิกอยา่ งง่าย
หน่วยการเรียนรู้ที่ 2 คล่ืนและสมบตั ิของคลื่น
หน่วยการเรียนรู้ที่ 3 เสียง
หน่วยการเรียนรู้ที่ 4 แสง

ผลการเรียนรู้ 1/193
1. อธิบายการเกิดเสียง การเคลื่อนที่ของเสียง ความสัมพนั ธ์ระหวา่ งคลื่น การกระจดั

ของอนุภาคกบั คล่ืนความดนั ความสัมพนั ธ์ระหว่างอตั ราเร็วของเสียงในอากาศ
ที่ข้ึนกบั อุณหภูมิในหน่วยองศาเซลเซียส สมบตั ิของคล่ืนเสียง ไดแ้ ก่ การสะทอ้ น
การหกั เห การแทรกสอด การเล้ียวเบน รวมท้งั คานวณปริมาณต่าง ๆ ท่ีเก่ียวขอ้ ง
2. อธิบายความเข้มเสียง ระดับเสียง องค์ประกอบของการได้ยิน คุณภาพเสียง
และมลพิษทางเสียง รวมท้งั คานวณปริมาณต่าง ๆ ท่ีเก่ียวขอ้ ง
3. ทดลอง และอธิบายการเกิดการสั่นพอ้ งของอากาศในท่อปลายเปิ ดหน่ึงด้าน
รวมท้ังสังเกตและอธิบายการเกิดบีตส์ คลื่นน่ิง ปรากฏการณ์ดอปเพลอร์
คล่ืนกระแทกของเสียง คานวณปริมาณต่าง ๆ ท่ีเก่ียวขอ้ ง และนาความรู้เรื่องเสียง
ไปใชใ้ นชีวติ ประจาวนั

ธรรมชาติของเสียง การปรับเสียงเปี ยโนโดยใชส้ ้อมเสียงจะใชห้ ลกั การเกิดบีสต์ โดยทาให้

สมบตั ิของเสียง เสียงจากเปี ยโนเกิดข้ึนพร้อม ๆ กบั ส้อมเสียง ขณะท่ีความถี่ของสายเปี ยโน
ยงั ไม่เท่ากบั ความถี่ของส้อมเสียงจะได้ยินเสียงบีตส์เกิดข้ึน และถา้ ปรับ
การสน่ั พอ้ งและคล่ืนนิ่งของเสียง เสียงเปี ยโนจนมีความถี่เท่ากบั เสียงจากส้อมเสียงแลว้ เสียงบีตส์กจ็ ะหายไป

ความเขม้ เสียงและการไดย้ นิ การปรับเสียงเปี ยโน
โดยใชส้ อ้ มเสียง
เสียงดนตรี มีหลกั การอยา่ งไร
ปรากฏการณ์ดอปเพลอร์
และคลื่นกระแทก
คาถามทา้ ยหน่วยการเรียนรู้

2/193

เสียง (sound) เป็ นคลื่นกลที่ตอ้ งอาศยั ตวั กลางในการถ่ายโอนพลงั งาน เกิดจากการส่ันสะเทือนของตวั กลาง จดั เป็ นคล่ืน
ตามยาวเสียง เคล่ือนที่ผ่านสสารไดท้ ้งั 3 สถานะ ไดแ้ ก่ ของแข็ง ของเหลว และแก๊ส แต่ไม่สามารถเคลื่อนที่ผ่านสุญญากาศ
ซ่ึงเป็นบริเวณที่ไม่มีตวั กลางได้

เม่ือคล่ืนเสียงเคล่ือนท่ีมายงั หูของส่ิงมีชีวิต อวยั วะภายในหูจะรับการสั่นสะเทือนจากตัวกลาง แล้วแปลงเป็ น
สญั ญาณไฟฟ้าเพ่ือส่งตอ่ ไปยงั สมอง ทาใหส้ ่ิงมีชีวติ สามารถรับรู้แหล่งท่ีมาและจาแนกลกั ษณะของเสียงต่าง ๆ ได้

3/193

การเคล่ือนทขี่ องคล่ืนเสียง อนุภาคอากาศที่อยรู่ อบ ๆ อนุภาคอากาศเคล่ือนท่ี
ส่ันสะเทือน จากตาแหน่งสมดุล
แหล่งกาเนิดเสียง ไปชนกบั อนุภาคที่อยถู่ ดั ไป
ส่นั สะเทือน
เกิดการถ่ายโอน
อนุภาคท่ีถูกชนไดร้ ับพลงั งาน อนุภาคเดิมเคล่ือนท่ีกลบั มายงั โมเมนตมั และพลงั งาน
จึงเคล่ือนจากตาแหน่งสมดุล ตาแหน่งสมดุล
ไปชนกบั อนุภาคที่อยถู่ ดั ไป ระหวา่ งอนุภาค

4/193

เมื่อเปรียบเทียบการเคล่ือนที่ของอนุภาคอากาศกบั การเคลื่อนท่ีของคลื่นเสียงมีลกั ษณะดงั กราฟ

ความดันเ ีสยง โมเลกลุ ท่ีสภาวะปกติ - แหล่งกาเนิดเสียงท่ียงั ไม่สั่นสะเทือน อนุภาคของ
ช่วงอดั (ความดนั สูงที่สุด) อากาศจะอยใู่ นสภาวะปกติ ความดนั อากาศจะคงท่ี
ที่ค่าหน่ึง
ช่วงขยาย (ความดนั ต่าท่ีสุด)
- เม่ือแหลง่ กาเนิดเสียงสั่นจะทาใหอ้ นุภาคของอากาศ
การสน่ั ครบ ชนกนั
1 รอบคล่ืน
- บริ เวณท่ีความดันอากาศเพิ่มข้ึนจะเกิด ช่ วงอัด
เวลา (compression) ท่ีมีความดนั เสียงสูงที่สุด

- บริเวณที่ความดันอากาศลดลงจะเกิด ช่วงขยาย
(rarefaction) ท่ีมีความดนั เสียงต่าท่ีสุด

5/193

- ความยาวคลื่นของคลื่นเสียงจะเท่ากบั ระยะห่างระหวา่ งช่วงอดั ถึงช่วงอดั หรือช่วงขยายถึงช่วงขยาย
- แอมพลิจูดของคล่ืนเสียงจะเท่ากบั จานวนอนุภาคของอากาศในช่วงอดั หรือช่วงขยาย ซ่ึงส่งผลต่อ ความเข้มเสียง (intensity)

หรือ ความดงั เสียง (loudness) ดงั รูป

ความดนั สูงที่สุด ความดนั สูงท่ีสุด
แอมพ ิล ูจดเ ีสยง ี่ท 1
แอมพ ิล ูจดเ ีสยง ่ีท 2เวลา เวลา

ความดนั ต่าท่ีสุด ความดนั ต่าที่สุด

ทิศทางการเคล่ือนท่ี
ของโมเลกลุ อากาศ

- ถา้ จานวนอนุภาคของอากาศมาก แอมพลิจูดจะมีค่ามาก เสียงจะมีความเขม้ มากหรือเสียงดงั 6/193
- ถา้ จานวนอนุภาคของอากาศนอ้ ย แอมพลิจูดจะมีคา่ นอ้ ย เสียงจะมีความเขม้ นอ้ ยหรือเสียงเบา

คลื่นเสียงเป็นคล่ืนที่อาศยั ตวั กลางในการเคล่ือนที่ สมบตั ิของตวั กลางจึงมีผลต่ออตั ราเร็วเสียง ซ่ึงอตั ราเร็วเสียงในตวั กลาง
ที่เป็นของแขง็ จะมีค่ามากท่ีสุด รองลงมาเป็นของเหลว และแก๊ส ตามลาดบั

ตารางแสดงอตั ราเร็วเสียงในตวั กลางต่าง ๆ

ของแขง็ ของเหลว (25ºC) แก๊ส (0ºC)

ตวั กลาง อตั ราเร็ว (m/s) ตวั กลาง อตั ราเร็ว (m/s) ตวั กลาง อตั ราเร็ว (m/s)

อะลูมิเนียม 6,420 น้ากลน่ั 1,497 แก๊สไฮโดรเจน 1,284

เหลก็ 5,960 ปรอท 1,450 แก๊สฮีเลียม 965

แกว้ 3,980 เคโรซีน 1,324 อากาศ (20ºC) 343

ตะกว่ั 2,160 เมทิลแอลกอฮอล์ 1,103 อากาศ 331

7/193

- สาหรับตวั กลางที่มีสถานะเป็นของแขง็ อตั ราเร็วเสียงจะข้ึนอยกู่ บั ความยดื หยนุ่ และความหนาแน่นของตวั กลาง
- ตวั กลางที่มีความยดื หยนุ่ มากจะถา่ ยโอนโมเมนตมั และพลงั งานไดด้ ี
- ตวั กลางที่มีความหนาแน่นมาก อนุภาคของตวั กลางจะอยชู่ ิดกนั มาก การถา่ ยโอนพลงั งานจึงเกิดข้ึนไดย้ าก
- อตั ราเร็วเสียงในตวั กลางจะแปรผนั ตรงกบั ค่ามอดุลสั ความยดื หยนุ่ และแปรผกผนั กบั ความหนาแน่น ดงั สมการ

v= Y



เมื่อ v คือ อตั ราเร็วเสียง
Y คือ มอดุลสั ของยงั หรือมอดุลสั ความยดื หยนุ่
คือ ความหนาแน่นของตวั กลาง

8/193

ในชีวติ ประจาวนั เสียงจะเดินทางผา่ นอากาศ อากาศท่ีร้อนหรือเยน็ ตา่ งกนั จะถ่ายโอนพลงั งานเสียงไดแ้ ตกต่างกนั

- ท่ีอุณหภูมิต่า อนุภาคของอากาศจะมีพลงั งานต่า - ที่อุณหภูมิสูง อนุภาคของอากาศจะมีพลงั งานสูง

จึงค่อนขา้ งอยู่นิ่งหรือเคล่ือนไหวน้อย ทาให้ถ่ายโอน จึงส่ันไดง้ ่ายและถ่ายโอนพลงั งานไดด้ ี เสียงจึงเดินทาง
พลงั งานไดไ้ ม่ดี เสียงจึงเดินทางไดช้ า้ ไดเ้ ร็วกวา่ ท่ีอุณหภูมิต่า

9/193

อตั ราเร็วของเสียงในอากาศจะแปรผนั ตรงกบั อุณหภูมิ ซ่ึงเป็นไปตามสมการ

v=

เม่ือ v คือ อตั ราเร็วเสียง
γ คือ อตั ราส่วนระหว่างความจุความร้อนจาเพาะของ
แก๊สท่ีความดนั และปริมาตรคงตวั
R คือ ค่าคงตวั ของแก๊ส
T คือ อุณหภูมิในหน่วยเคลวนิ
M คือ มวลโมเลกลุ ของแก๊ส

10/193

สาหรับอากาศท่ีมีความดนั และปริมาตรคงตวั ปริมาณ γ, R และ M จะเป็นค่าคงตวั เมื่อเปรียบเทียบอุณหภูมิในหน่วย
เคลวนิ ของอากาศที่ต่างกนั 2 บริเวณ อตั ราเร็วเสียงที่อากาศแตล่ ะบริเวณจะหาไดจ้ ากสมการ

vv21 = TT12

และสาหรับอากาศที่มีอุณหภูมิไม่เกิน 45 องศาเซลเซียส สามารถหาอตั ราเร็วเสียงไดจ้ าก

v = v0+0.6TC

เมื่อ v คือ อตั ราเร็วเสียงในอากาศ
v0 คือ อตั ราเร็วเสียงในอากาศที่อุณหภูมิ 0ºC มีคา่ เท่ากบั 331 เมตรตอ่ วนิ าที
TC คือ อุณหภูมิของอากาศในหน่วยองศาเซลเซียส

หรือเขียนสมการไดเ้ ป็น v = 331+0.6TC 11/193

ตวั อย่าง ท่ีอุณหภูมิ 35 องศาเซลเซียส อตั ราเร็วเสียงในอากาศจะมีค่ามากกว่าท่ีอุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียส อยู่กี่เมตร

ต่อวนิ าที

วธิ ีทา จาก v = 331+0.6TC

ที่อุณหภูมิ 35ºC v1 = 331+0.6(35) = 352 m/s

ท่ีอุณหภูมิ 30ºC v2 = 331+0.6(30) = 349 m/s

อตั ราเร็วเสียงจะแตกต่างกนั v1–v2 = 352–349 = 3 m/s

ดงั น้นั ที่อุณหภูมิ 35ºC อตั ราเร็วเสียงในอากาศจะมากกวา่ ท่ีอุณหภูมิ 30ºC อยู่ 3 เมตรตอ่ วนิ าที

12/193

ตัวอย่าง ถา้ คล่ืนเสียงมีความถี่ 250 เฮิรตซ์ และมีอตั ราเร็วเสียงในอากาศ 500 เมตรต่อวินาที ระยะห่างระหว่างส่วนอดั
กบั ส่วนขยายท่ีอยใู่ กลก้ นั ที่สุดมีค่าเท่าไร
วธิ ีทา จากโจทยท์ ราบ f = 250 Hz, v = 500 m/s

จาก v = fλ
500 = 250λ
λ = 2m

วาดภาพประกอบไดด้ งั น้ี

ส่วนอดั ส่วนขยาย ส่วนอดั ส่วนขยาย ส่วนอดั

λ 13/193

2

λ

จากรูป ส่วนอดั กบั ส่วนขยายที่อยใู่ กลก้ นั ท่ีสุด คือ λ2 = 22 = 1 m
ดงั น้นั ระยะห่างระหวา่ งส่วนอดั กบั ส่วนขยายท่ีอยใู่ กลก้ นั ท่ีสุดมีค่าเท่ากบั 1 เมตร

ตวั อย่าง ปฐพีใชไ้ มเ้ คาะเหลก็ ยาว 4,000 เมตร ปรากฏวา่ พิภพที่ยืนอยปู่ ลายอีกขา้ งหน่ึงไดย้ ินเสียงดงั สองคร้ัง ถา้ อตั ราเร็ว
เสียงในท่อเหลก็ เป็น 5,000 เมตรต่อวนิ าที และอตั ราเร็วเสียงในอากาศเป็น 345 เมตรต่อวินาที พิภพจะไดย้ นิ เสียงดงั สองคร้ัง
ในเวลาตา่ งกนั เท่าไร
วธิ ีทา จากโจทยว์ าดภาพประกอบไดด้ งั น้ี

ปฐพี พภิ พ

vอากาศ = 345 m/s 14/193
vเหล็ก = 5,000 m/s

4,000 m

จากรูป พิภพจะไดย้ นิ เสียงดงั 2 คร้ัง คร้ังแรก 4,000 m จากเหลก็ และคร้ังท่ีสองจากอากาศ
จากโจทยท์ ราบ vอากาศ = 345 m/s, vเหลก็ = 5,000 m/s และ Sอากาศ = Sเหลก็ = 4,000 m

หาเวลาท่ีเสียงเดินทางในเหลก็

จาก Sเหลก็ = vเหลก็ tเหลก็
หาเวลาท่ีเสียงเดินทางในอากาศ 4,000 = 5,000tเหลก็
tเหลก็ = 0.8 s

จาก Sอากาศ = vอากาศtอากาศ
4,000 = 345tอากาศ
tอากาศ = 11.6 s

เสียงเดินทางใชเ้ วลาต่างกนั tอากาศ–tเหลก็ = 11.6–0.8 = 10.8 s
ดงั น้นั พิภพจะไดย้ นิ เสียงดงั สองคร้ังในเวลาต่างกนั 10.8 วนิ าที

15/193

(หนงั สือเรียนหนา้ 75)

16/193

1. ใหน้ กั เรียนอธิบายลกั ษณะการเคล่ือนที่ของคล่ืนเสียง
เมื่อใหง้ านหรือพลงั งานแก่แหล่งกาเนิดเสียง พลงั งานของการส่ันจะถ่ายโอนใหก้ บั โมเลกลุ ของตวั กลางท่ีอยรู่ อบ ๆ

ทาใหโ้ มเลกุลของตวั กลางส่ัน แลว้ ถ่ายโอนพลงั งานใหก้ บั โมเลกุลถดั ไป มีผลใหค้ ล่ืนเสียงแผก่ ระจายออกไปโดยรอบ
แหล่งกาเนิด โดยโมเลกุลของตวั กลางไม่ไดเ้ คล่ือนที่ไปพร้อมกบั คลื่นเสียง หลงั จากเสียงเคล่ือนท่ีผา่ นไปแลว้ โมเลกุล
ของตวั กลางแตล่ ะตาแหน่งยงั คงอยทู่ ่ีเดิม

2. การเคลื่อนท่ีของคลื่นเสียงผา่ นตวั กลางที่มีความยดื หยนุ่ แตกตา่ งกนั จะเป็นอยา่ งไร จงอธิบาย
สาหรับตวั กลางท่ีมีสถานะเป็ นของแข็ง อตั ราเร็วเสียงจะข้ึนอยู่กบั ความยืดหยุ่นของตวั กลาง โดยตวั กลางท่ีมี

ความยืดหยนุ่ มากจะสามารถถ่ายโอนพลงั งานไดด้ ีกวา่ ตวั กลางที่มีความยดื หยนุ่ นอ้ ย เสียงจึงเคล่ือนที่ผ่านตวั กลางที่มี
ความยดื หยนุ่ มาก ๆ ไดด้ ี

17/193

3. นกั เรียนคิดวา่ เสียงสามารถเคลื่อนท่ีผา่ นสุญญากาศไดห้ รือไม่ อยา่ งไร
ไม่ได้ เนื่องจากเสียงเป็นคลื่นกลท่ีตอ้ งอาศยั ตวั กลางในการเคล่ือนท่ีหรือ

ถา่ ยโอนพลงั งาน แตใ่ นสุญญากาศไม่มีตวั กลางในการถ่ายโอนพลงั งานเสียง

4. เหตุใดอตั ราเร็วของเสียงในตวั กลางท่ีสถานะต่าง ๆ กนั จึงมีค่าแตกต่างกนั
เนื่องจากตวั กลางแต่ละสถานะมีความหนาแน่นแตกต่างกนั ตวั กลางที่มี

ความหนาแน่นมากจะมีอนุภาคของตวั กลางที่อยใู่ กลช้ ิดกนั มากกวา่ ตวั กลาง
ท่ีมีความหนาแน่นนอ้ ย ซ่ึงทาให้เกิดการส่งผ่านพลงั งานของคลื่นเสียงได้
ดีกวา่

18/193

5. อุณหภูมิส่งผลต่อการเคล่ือนที่ของเสียงอยา่ งไร

อุณหภูมิส่งผลต่อความหนาแน่นของตัวกลาง สาหรับ
ตัวกลางที่เป็ นของแข็ง อุณหภูมิท่ีสู งข้ึนจะทาให้วัตถุ
มีความหนาแน่นลดลง โมเลกุลของวตั ถุท่ีอยู่ห่างกนั จะเกิด
การสั่นและถ่ายโอนพลังงานได้ดีกว่าโมเลกุลของวัตถุ
ที่อยชู่ ิดกนั ส่วนการเคลื่อนที่ของเสียงในอากาศ โมเลกุลของ
แก๊สที่อุณหภูมิสูงจะมีพลงั งานมากจึงเกิดการสั่นไดด้ ี ทาให้
ถ่ายโอนพลังงานได้ดีกว่าโมเลกุลของแก๊สท่ีอุณหภูมิต่า
ซ่ึงมีพลงั งานนอ้ ย โดยอตั ราเร็วของเสียงในอากาศจะแปรผนั
ตรงกบั อุณหภูมิดงั สมการ v = 331+0.6TC

19/193

เส้นแนวฉาก

เม่ือคลื่นเสียงตกกระทบบนวตั ถุหรือส่ิงกีดขวางที่มี รังสีตกกระทบ รังสีสะทอ้ น
ขนาดเท่ากบั หรือใหญ่กว่าความยาวคล่ืนจะเกิดการสะทอ้ น
ของเสียงข้ึน ซ่ึงเป็นไปตามกฎการสะทอ้ น ดงั น้ี หนา้ คลื่น หนา้ คล่ืน
ตกกระทบ สะทอ้ น
1. ทิศทางของคล่ืนตกกระทบ ทิศทางของคล่ืนสะท้อน
และเสน้ ปกติอยบู่ นระนาบเดียวกนั θ1 θ2
θ1 θ2
2. มุมตกกระทบเท่ากบั มุมสะทอ้ น
ผวิ สะทอ้ น

20/193

การสะทอ้ นของคลื่นเสียง ความถี่ อตั ราเร็ว ความยาวคลื่น และแอมพลิจูดจะคงเดิม 21/193
แต่เฟสของคล่ืนสะทอ้ นอาจจะคงเดิมหรือเปล่ียนแปลงไปกไ็ ด้ โดยพจิ ารณาดงั น้ี

กรณีท่ี 1 คล่ืนเสียงท่ีเคล่ือนท่ีจากตวั กลางท่ีมีความหนาแน่นน้อยไปสู่ตวั กลาง
ท่ีมีความหนาแน่นมาก

- คลื่นสะทอ้ นจะมีเฟสเปลี่ยนไป 180 องศา เช่นเดียวกนั กบั การสะทอ้ นของคลื่น
ในเส้นเชือกท่ีปลายตรึงแน่น เช่น การสะทอ้ นของเสียงที่พ้ืนห้อง กาแพง กระบอกสูบ
ปลายปิ ด

- คลื่นตกกระทบและคล่ืนสะทอ้ นสาหรับคล่ืนความดนั จะมีเฟสคงเดิม เนื่องจาก
ความดนั ของคล่ืนไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเกิดการสะทอ้ น เช่น คล่ืนความดนั สูงตกกระทบ
ผนงั กจ็ ะสะทอ้ นกลบั ออกมาดว้ ยความดนั เท่าเดิม

กรณีท่ี 2 คลื่นเสียงเคลื่อนที่จากตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากไปสู่ตัวกลาง
ท่ีมีความหนาแน่นน้อย คล่ืนสะท้อนจะมีเฟสเดิม เช่นเดียวกับการสะทอ้ นของคล่ืน
ในเสน้ เชือกท่ีปลายอิสระ เช่น การสะทอ้ นของเสียงในกระบอกสูบปลายเปิ ด

เสียงก้อง (echo) คือ เสียงสะทอ้ นที่ผูส้ ังเกตไดย้ ิน เกิดข้ึนเมื่อเสียงจากแหล่งกาเนิดสะทอ้ นกบั สิ่งกีดขวางแลว้ เดินทาง
มายงั ผสู้ งั เกตชา้ กวา่ เสียงจากแหล่งกาเนิดมากกวา่ 0.1 วินาที

- การสะทอ้ นของคลื่นเสียงข้ึนอยกู่ บั ขนาดของสิ่งกีดขวาง
- ถา้ สิ่งกีดขวางมีขนาดใหญ่กวา่ ความยาวคลื่นเสียงจะเกิดการสะทอ้ นไดด้ ี
- ถา้ ส่ิงกีดขวางมีขนาดเลก็ กวา่ ความยาวคล่ืนเสียงจะเกิดการสะทอ้ นไดน้ อ้ ยหรืออาจไม่เกิดเลย

22/193

การใช้ประโยชน์จากการสะท้อนของคลื่นเสียง

1. เคร่ืองโซนาร์ (sonar)
คาว่า sonar ย่อมาจาก sound navigation and
ranging เป็ นเครื่ องกาเนิดคล่ืนเสี ยงความถี่สู ง
(20,000-50,000 Hz) ใชใ้ นการตรวจหาวตั ถุใตน้ ้า
ฝงู ปลา แหล่งน้ามนั ใชว้ ดั ความลึกของทะเล

23/193

เคร่ืองโซนาร์จะส่งคลื่นเสียงลงไปกระทบกับวตั ถุใตน้ ้า แลว้ สะทอ้ นกลบั มายงั เครื่องรับสัญญาณ จากน้ันวดั เวลา
ในการเคลื่อนที่ของคลื่นเสียงท้งั ไปและกลบั แลว้ นาขอ้ มูลที่ไดม้ าคานวณหาระยะทางที่คลื่นเสียงเดินทางไดจ้ ากสมการ

v= S
t

เม่ือ v คือ อตั ราเร็วของคลื่นเสียงในน้า
S คือ ระยะทางท่ีคลื่นเสียงเดินทางได้
ท้งั ไปและกลบั
t คือ เวลาในการเคลื่อนท่ีของคล่ืนเสียง
ท้งั ไปและกลบั

24/193

สัตวบ์ างชนิดสามารถรับรู้และส่งเสียงท่ีคล่ืนความถ่ีสูงได้ จึงใชก้ ารสะทอ้ นของคลื่นโซนาร์ในการดารงชีวติ
- คา้ งคาวใชค้ ลื่นโซนาร์ในการล่าเหยอื่ และหาเสน้ ทางในท่ีมืด
- โลมาใชค้ ล่ืนโซนาร์ในการส่ือสาร ล่าเหยอื่ และคน้ หาเสน้ ทางในทะเล

25/193

2. เคร่ืองอลั ตราซาวด์ (ultrasound)

- ดา้ นการแพทยจ์ ะใช้เครื่องอลั ตราซาวด์ตรวจสอบ

อวยั วะต่าง ๆ ในร่างกาย เช่น การตรวจครรภ์ การสลายน่ิว
ให้แตกเป็ นชิ้นเล็ก ๆ เพ่ือให้ร่างกายขบั ออกมาทางปัสสาวะ
การตรวจเน้ืองอกและมะเร็ง

- ดา้ นทนั ตกรรมใชส้ ลายหินปูนที่เกาะติดฟัน

- ใชท้ าความสะอาดส่ิงของต่าง ๆ เช่น เครื่องประดบั
แวน่ ตา ชิ้นส่วนอิเลก็ ทรอนิกส์

26/193

ตวั อย่าง ขณะแท่นขุดเจาะน้ามนั กลางมหาสมุทรเกิดระเบิดข้ึน เรือลาดตระเวนลาหน่ึงตรวจจบั คลื่นเสียงจากใตท้ อ้ งเรือ
ไดก้ ่อนที่จะไดย้ นิ เสียงทางอากาศ 20 วนิ าที เรือลาดตระเวนลาน้ีอยหู่ ่างจากท่ีเกิดเหตุก่ีกิโลเมตร ถา้ ความเร็วเสียงในน้าทะเล
เท่ากบั 1,531 เมตรตอ่ วนิ าที และความเร็วเสียงในอากาศขณะน้นั เท่ากบั 346 เมตรตอ่ วนิ าที
วธิ ีทา จากโจทยท์ ราบ ความเร็วเสียงในน้าทะเล v1 = 1,531 m/s, ความเร็วเสียงในอากาศ v2 = 346 m/s, เวลาที่เสียง
เดินทางในน้าทะเล t1 = t และเวลาท่ีเสียงเดินทางในอากาศ t2 = t+20
S
คิดท่ีน้าทะเล จาก v1 = Stt1

1,531 =

S = 1,531t …..(1)
tS2S
คิดท่ีอากาศ จาก v2 = t+20
346 =

S = 346(t+20) …..(2)

27/193

เนื่องจากระยะทางที่เสียงเคลื่อนท่ีในอากาศเท่ากบั ระยะทางที่เสียงเคล่ือนท่ีในน้า หาเวลาท่ีเสียงใชใ้ นการเคล่ือนท่ีได้
โดยนาสมการท่ี (1) = (2) จะได้

1,531t = 346(t+20)
1,531t = 346t+6,920
1,531t–346t = 6,920
1,185t = 6,920

t = 5.84 s

หาระยะทางที่เสียงเคลื่อนที่ไดจ้ ากสมการที่ (1) หรืออาจหาระยะทางท่ีเสียงเคลื่อนท่ีจากสมการท่ี (2)
S = 1,531(5.84) S = 346(5.84+20)
S = 8,941 m = 8.94 km S = 8,941 m = 8.94 km

ดงั น้นั เรือลาดตระเวนลาน้ีอยหู่ ่างจากที่เกิดเหตุ 8.94 กิโลเมตร 28/193

ตวั อย่าง บอลลูนเคลื่อนที่ข้ึนดว้ ยความเร็วสม่าเสมอ 20 เมตรต่อวินาที ขณะที่อยสู่ ูงจากพ้ืนดินระยะหน่ึงไดส้ ่งคลื่นเสียง
ความถี่ 1,000 เฮิรตซ์ลงมา และไดร้ ับสัญญาณเสียงสะทอ้ นกลบั เม่ือเวลาผา่ นไป 4 วินาที ขณะที่ส่งคลื่นเสียง บอลลูนอยสู่ ูง
จากพ้นื ดินเป็นระยะเท่าไร ถา้ ความเร็วเสียงเท่ากบั 350 เมตรตอ่ วนิ าที
วธิ ีทา จากโจทยท์ ราบ vบอลลูน = 20 m/s, f = 1,000 Hz, t = 4 s และ vเสียง = 350 m/s
วาดภาพประกอบไดด้ งั น้ี
จากรูป h แทนความสูงของบอลลูนจากพ้ืนดินตาแหน่ง
ตาแหน่งที่รับ ท่ีส่งคล่ืนเสียงลงมา
สญั ญาณเสียงสะทอ้ นกลบั
เม่ือเวลา 4 วนิ าที d แทนระยะทางที่บอลลูนลอยข้ึนจากความสูง h
เป็นเวลา 4 วินาที
d หาระยะท่ีบอลลูนลอยข้ึนจากความสูง h เป็นเวลา 4 วินาที

ตาแหน่งส่งคลื่นเสียง จาก vบอลลูน = S
h t
20 = 4d
d = 80 m

เมื่อไดร้ ับสญั ญาณเสียงสะทอ้ นกลบั ในเวลา 4 วนิ าที เสียงจะเดินทางไดท้ ้งั หมด 2h+d = 2h+80 29/193

หาความสูงของบอลลูนจากพ้ืนดินตาแหน่งที่ส่งคล่ืนเสียงลงมา
จาก vเสียง = St

350 = 2h+480
2h+80 = 1,400

2h = 1,320

h = 660 m

ดงั น้นั บอลลูนอยสู่ ูงจากพ้ืนดินเป็นระยะ 660 เมตร

30/193

ตัวอย่าง เรือลาหน่ึงจอดนิ่งอยใู่ นทะเลไดใ้ ชเ้ ครื่องโซนาร์ตรวจพบ x1 S
วัตถุที่ทิ้งจากเรื อลงไปในน้ า โดยได้รับสัญญาณสะท้อนกลับ x2
จากวตั ถุน้ันในเวลา 0.4 วินาที ในเวลา 30 วินาทีต่อมา สัญญาณ
จะสะท้อนกลับจากวัตถุเดิมในเวลา 0.6 วินาที วัตถุน้ันจมน้ า
ดว้ ยอตั ราเร็วเท่าไร ถา้ อตั ราเร็วของเสียงในน้าทะเลเท่ากับ 1,531
เมตรตอ่ วนิ าที

วธิ ีทา จากโจทยท์ ราบ เวลาในการส่งสัญญาณคร้ังที่ 1 t1 = 0.4 s,
เวลาในการส่งสัญญาณคร้ังที่ 2 t2 = 0.6 s, เวลาที่วตั ถุใช้เคลื่อนที่
t = 30 s และอตั ราเร็วของเสียงในน้าทะเล vเสียง = 1,531 m/s

วาดภาพประกอบไดด้ งั รูป

31/193

จากรูป
X1 แทน ความลึกของวตั ถุในการส่งสญั ญาณคร้ังที่ 1
X2 แทน ความลึกของวตั ถุในการส่งสญั ญาณคร้ังที่ 2
S แทน ระยะท่ีวตั ถุจมลงจากการส่งสญั ญาณคร้ังแรก

จาก vเสียง = St
การส่งสัญญาณคร้ังที่ 1 1,531 = 20x.41

x1 = 306.2 m x1
x2
ดงั น้นั วตั ถุจมน้าดว้ ยความเร็ว 5.1 เมตรตอ่ วนิ าที S

32/193

การส่งสัญญาณคร้ังที่ 2 1,531 = 20x.62
หาความเร็วในการจมของวตั ถุ x2 = 459.3 m

จาก S = x2–x1 = 459.3–306.2

= 153.1 m

จาก vวตั ถุ = St = 153.1
30

= 5.1 m/s

ดงั น้นั วตั ถุจมน้าดว้ ยความเร็ว 5.1 เมตรต่อวนิ าที

33/193

เมื่อคล่ืนเสียงเคลื่อนท่ีผา่ นตวั กลาง 2ชนิด ที่แตกต่างกนั หรือตวั กลางชนิดเดียวกนั ท่ีมีอุณหภูมิต่างกนั จะเกิดการหักเห

ดงั รูป

คลื่นเสียงตกกระทบ

ตวั กลางที่ 1

ตวั กลางที่ 1 θ1 TT21,, nn21 คล่ืนเสียงมีอุณหภูมิ T1 อตั ราเร็ว v1
ตวั กลางท่ี 2 θ2 ความยาวคลื่น λ1 และมุมตกกระทบ θ1
ตวั กลางท่ี 2

คล่ืนเสียงหกั เห คลื่นเสียงมีอุณหภูมิ T2 อตั ราเร็ว v2
ความยาวคลื่น λ2 และมุมหกั เห θ2
การหกั เหของเสียงจะเป็นไปตาม กฎของสเนลล์ (Snell’s law) ดงั สมการ

sin θ1 = λ1 = vv12 = TT12 34/193
sin θ2 λ2

เมื่อคลื่นเสียงเดินทางผ่านตวั กลางท่ีมีความหนาแน่นมากไปน้อยหรือผ่านอากาศที่มีอุณหภูมิต่าไปยงั อุณหภูมิสูง

คล่ืนหกั เหของเสียงจะเบนออกจากเสน้ ปกติทาใหม้ ุมหกั เหมากกวา่ มุมตกกระทบ

- ถา้ มุมตกกระทบเพ่มิ ข้ึนเรื่อย ๆ จนกระทง่ั มุมหกั เหเท่ากบั 90º จะเรียกมุมตกกระทบน้ีวา่ มุมวกิ ฤต (θc)
- ถา้ มุมตกกระทบมากกว่ามุมวิกฤตจะทาให้คลื่นเสียงสะทอ้ นกลบั มาท่ีตวั กลางเดิม เรียกว่า การสะท้อนกลับหมด

(total internal reflection) ถ้ามุ มตกกระทบเป็ นมุ ม
วิกฤต θc และมุมหักเหมีค่าเท่ากบั
คล่ืนเสียงตกกระทบ 90º จากกฎของสเนลลจ์ ะได้

มุมวกิ ฤต คลื่นเสียงสะทอ้ น ssiinn9θ0cº = vv12
sin θc = vv12
อุณหภูมิต่า θ1 θC i r
อุณหภูมิสูง 35/193
θ2 คลื่นเสียงหกั เห

คลื่นเสียงหกั เห

ตัวอย่าง กาหนดให้อากาศบริเวณ A มีอุณหภูมิเป็ น 4 เท่าของอากาศบริเวณ B (ในหน่วยเคลวิน) ถา้ เสียงเดินทางจาก
บริเวณ A ไปยงั บริเวณ B แลว้ อตั ราส่วนไซนข์ องมุมตกกระทบตอ่ ไซนข์ องมุมหกั เหมีค่าเท่าไร

วธิ ีทา จาก sin θA = TA
sin θB TB

sin θA = 4TB
sin θB TB

sin θA = 2
sin θB

ดงั น้นั อตั ราส่วนไซนข์ องมุมตกกระทบตอ่ ไซนข์ องมุมหกั เหมีคา่ เท่ากบั 2

36/193

ตัวอย่าง คล่ืนเสียงเคล่ือนท่ีจากตวั กลางที่ 1 ไปยงั ตวั กลางที่ 2 โดยทามุมตกกระทบกบั เส้นแนวฉาก 25 องศา ถา้ อตั ราเร็ว

ของเสียงเพิ่มข้ึนเป็น 2 เท่าของอตั ราเร็วเดิม มุมหกั เหในตวั กลางท่ี 2 มีคา่ เท่าไร
วธิ ีทา จากโจทย์ วาดภาพประกอบไดด้ งั น้ี

คลื่นเสียงตกกระทบ จาก sin θ1 = vv12
25º sin θ2
ตวั กลางท่ี 1 2vv11
θ2 ตวั กลางที่ 2 sin 25º =
sin θ2

sin θ2 = 2 sin 25º

sin θ2 = 2(0.42) = 0.84

คลื่นเสียงหกั เห θ2 = 57º

ดงั น้นั มุมหกั เหในตวั กลางที่ 2 เท่ากบั 57 องศา 37/193

ปรากฏการณ์ธรรมชาติทเ่ี กดิ จากการหักเหของเสียง

38/193

ปรากฏการณ์ธรรมชาติทเี่ กดิ จากการหักเหของเสียง การหักเหของเสียงในเวลากลางคืน

การหักเหของเสียงในเวลากลางวนั

39/193

เมื่อคลื่นเสียง 2 คล่ืนท่ีเกิดจากแหล่งกาเนิด ช่วงขยาย
อาพนั ธ์เดินทางมาพบกนั จะเกิดการแทรกสอด ช่วงอดั

- ถา้ คลื่นเสียงเกิดการแทรกสอดแบบเสริม การแทรกสอด
จะทาใหเ้ กิดเสียงดงั ข้ึน แบบเสริม

- ถ้าคลื่นเสียงเกิดการแทรกสอดแบบ 40/193
หกั ลา้ งจะทาใหเ้ สียงเบาลง

(หนงั สือเรียนหนา้ 85)

กจิ กรรมที่ 3.1 การแทรกสอดของคลื่นเสียง

สรุปผลการทดลอง

เม่ืออยทู่ ่ีตาแหน่งต่าง ๆ กนั เสียงท่ีไดย้ นิ จากลาโพงท้งั สองจะเปล่ียนแปลงไปจากเดิม
โดยจะไดย้ นิ เสียงดงั และเสียงเบาสลบั กนั ปรากฏการณ์น้ี คือ การแทรกสอดของคล่ืนเสียง
ซ่ึงตาแหน่งที่ไดย้ ินเสียงดงั เกิดจากคลื่นเสียงซอ้ นทบั กนั แบบเสริม ส่วนตาแหน่งที่ไดย้ ิน
เสียงเบาเกิดจากคล่ืนเสียงซอ้ นทบั กนั แบบหกั ลา้ ง

**คลิกที่ เพื่อใหข้ อ้ ความปรากฏหรือซ่อนขอ้ ความ

41/193

คาถามท้ายกจิ กรรม

1. เสียงที่นกั เรียนไดย้ นิ จากลาโพงท้งั สองท่ีตาแหน่งตา่ ง ๆ มีความแตกต่างกนั หรือไม่ อยา่ งไร
แตกตา่ งกนั โดยบางตาแหน่งไดย้ นิ เสียงดงั ส่วนบางตาแหน่งไดย้ นิ เสียงเบา

2. ถา้ ใชล้ าโพงเพียง 1 ตวั ในการทาการทดลอง นกั เรียนคิดวา่ เสียงท่ีไดย้ ินจะแตกต่างกบั การใชล้ าโพง 2 ตวั หรือไม่
อยา่ งไร

แตกต่างกนั ถา้ ใช้ลาโพง 1 ตวั จะไดย้ ินเสียงดงั เท่ากนั ทุก ๆ ตาแหน่ง (อาจไดย้ ินเสียงเบาลงเม่ืออยู่ที่ตาแหน่ง
ห่างจากลาโพงมาก ๆ)

3. นกั เรียนคิดวา่ ปรากฏการณ์น้ีเกิดข้ึนไดอ้ ยา่ งไร 42/193
เกิดการแทรกสอดของเสียง

A2 N2 A1 N1 A0 N1 A1 N2 A2

N3 N3 ส าห รั บ ก าร แ ท ร ก ส อ ด ข อ งค ลื่ น เ สี ย ง
ตาแ ห น่ ง ท่ี ได้ยินเ สี ย งดังเ กิ ดจ ากค ล่ื นเสี ย ง

ซ้อนทับกันแบบเสริ ม เรี ยกว่า ปฏิบัพ

A3 A3 (antinode : A) ส่วนตาแหน่งท่ีไดย้ นิ เสียงเบา

เ กิ ด จ า ก ค ล่ื น เ สี ย ง ซ้อ น ทับ กัน แ บ บ หัก ล้า ง

N4 N4 เรียกวา่ บัพ (node : N)

S1 S2

43/193

การคานวณหาปริมาณต่าง ๆ ของการแทรกสอดของเสียงท่ีมีเฟสตรงกนั จะใชส้ มการดงั น้ี
ที่ตาแหน่งปฏิบพั ความสัมพนั ธ์ระหวา่ งความต่างของระยะทางและความยาวคล่ืนเป็นไปตามสมการ

|S1P–S2P| = nλ เม่ือ n = 0, 1, 2, 3, …

ท่ีตาแหน่งบพั ความสมั พนั ธ์ระหวา่ งความตา่ งของระยะทางและความยาวคลื่นเป็นไปตามสมการ

|S1P–S2P| = n– 1 λ เมื่อ n = 1, 2, 3, …
2

44/193

และถา้ การแทรกสอดเกิดข้ึนไกลจากแหล่งกาเนิดมาก ๆ จนระยะดงั กล่าวมีค่ามากกวา่ ระยะห่างระหว่างแหล่งกาเนิด
ท้งั สองมาก ๆ (d << D) จะได้

|S1P–S2P| = d sin θ

ดงั น้นั จุดท่ีอยบู่ นแนวปฏิบพั ท่ี n จะหาตาแหน่งปฏิบพั ไดจ้ ากสมการ

d sin θ = nλ เมื่อ n = 0, 1, 2, 3, …

และจุดท่ีอยบู่ นแนวบพั ท่ี n จะหาตาแหน่งบพั ไดจ้ ากสมการ

d sin θ = n– 1 λ เม่ือ n = 1, 2, 3, …
2

45/193

กรณีคล่ืนเสียงจากลาโพง 2 ตวั มีเฟสตรงขา้ มกัน แนวกลางของการแทรกสอดจะเกิดการซ้อนทับแบบหักลา้ ง
แนวปฏิบพั และแนวบพั ของการแทรกสอดจะสลบั กบั การแทรกสอดกรณีเฟสตรงกนั มีสมการดงั น้ี

ตาแหน่งปฏิบพั d sin θ = n– 1 λ เม่ือ n = 1, 2, 3, …
2

ตาแหน่งบพั d sin θ = nλ เม่ือ n = 0, 1, 2, 3, …

46/193

ตัวอย่าง ลาโพง A และ B วางห่างกนั ในที่โล่งเป็นระยะ 16.0 เมตร ท่ีจุด P ห่างจากลาโพง A เป็นระยะ 12.0 เมตร และ

ห่างจากลาโพง B เป็นระยะ 8.00 เมตร เสียงความถ่ีต่าสุดที่ทาใหไ้ ดย้ นิ เสียงเบาท่ีสุดเป็นเท่าไร เมื่อกาหนดให้อตั ราเร็วเสียง

มีค่าเท่ากบั 345 เมตรต่อวนิ าที A0 P N1 A1
วธิ ีทา จากโจทยท์ ราบ d = 16.0 m, S1P = 12.0 m,
S2P = 8.00 m, v = 345 m/s และเสียงเบาท่ีสุดจะอยบู่ น
แนวบพั โดยเสียงความถ่ีต่าสุดท่ีคลื่นหักลา้ งกนั จะมีค่า

n = 1 วาดภาพประกอบไดด้ งั น้ี 12 m 8 m

AB
16 m
47/193

จาก |S1P–S2P| = n– 1 λ
2

|12.0–8.00| = 1– 1 v
2 f

4.00 = 0.5 345
f

f = 43.1 Hz

ดงั น้นั เสียงความถ่ีต่าสุดท่ีทาใหไ้ ดย้ นิ เสียงเบาท่ีสุดเทา่ กบั 43.1 เฮิรตซ์

48/193

ตัวอย่าง S1 และ S2 เป็ นลาโพง 2 ตวั วางอยูห่ ่างกนั 6 เมตร ดงั รูป วาทิตยย์ ืนอยูท่ ่ีจุด P ไดย้ ินเสียงดงั ชดั เจน เมื่อวาทิตย์
เดินจากจุด P มายงั จุด Q จะไดย้ ินเสียงจางหายไปก่ีคร้ัง เม่ือกาหนดให้ความถี่ของเสียงจากลาโพงท้งั สองมีค่า 510 เฮิรตซ์
และมีเฟสตรงกนั ความเร็วของเสียงในอากาศเท่ากบั 340 เมตรต่อวนิ าที

P

S1

6 m 30º Q
O 49/193

S2