สมบัติคลื่นเสียง
   

สมบัติของเสียง
......... เนื่องจากเสียงมีลักษณะเป็นคลื่นจึงมีสมบัติเหมือนคลื่นทุกประการคือ

1. การสะท้อนของเสียง
เสียงมีการสะท้อนเหมือนกับคลื่น เป็นไปตามกฏการสะท้อน โดยที่เมื่อเสียงเคลื่อนที่จาก
ตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยไปยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากจะมีการสะท้อนของคลื่นเสียงเกิดขึ้นซึ่งเฟสจะเปลี่ยนไป 180 องศา แต่ถ้าเสียงเคลื่อนที่จากตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากไปยัง
ตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยจะมีการสะท้อนเพียงบางส่วนซึ่ง การสะท้อนนี้คลื่นเสียงจะมีเฟสเท่าเดิม

   
   

สิ่งที่จะสะท้อนเสียงได้ มีความยาวอย่างน้อยเท่ากับความยาวคลื่น

คำถาม : สัตว์บางชนิดเดินทางหากินโดยอาศััยเสียงสะท้อน เช่นค้างคาว เป็นต้น นักเรียนอธิบายว่าค้างคาวเดินทางโดยอาศัยคลื่นเสียงอย่างไร

   
   

ปรากฏการณ์การสะท้อนของคลื่นเสียง


1. เสียงก้อง(Echo)

............คือการสะท้อนของเสียงกลับซึ่งสามารถรับฟังได้ เมื่ออยู่ห่างตัวกลางที่ทำให้เกิดการสะท้อน
ของเสียงมากกว่า 17 เมตร เพราะหูของคนเราจะสามารถแยกเสียงครั้งที่ 1และ 2 ได้เมื่อเสียงนั้น
ห่างกันอย่างน้อย 0.1 วินาที

เราสามารถหาระยะทางระหว่างผู้ฟังถึงตัวกลางที่ทำให้เกิด การสะท้อนได้

จาก S = Vt

โดยที่ S = ระยะทาง มีหน่วยเป็นเมตร
V = ความเร็ว มีหน่วยเป็นเมตร/วินาที
t = เวลา มีหน่วยเป็นวินาที

   
   

ตัวอย่างการคำนวณ:

1.ชายคนหนึ่งตะโกนในหุบเขาได้ยินเสียงสะท้อนกลับมาในเวลา 4 วินาที ขณะนั้นอุณหภูมิของ
อากาศ  15 องศาเซลเซียส

 วิเคราะห์:
          เสียงเดินทางไป  - กลับ ใช้เวลา 4 วินาที
         เสียงเดินทางเทียวเดียวใช้เวลาเพียงครึ่งหนึ่ง    เวลา  =   2 วินาที
         อัตราเร็วของเสียงในอากาศ เมื่ออุณหภูมิ  15  องศาเซลเซียส   

วิธีทำ

 

2. ชายคนหนึ่งเป่านกหวีดอยู่หน้ากำแพงซึ่งได้ยินเสียงก้องหลังเป่า 2.1 วินาที ต่อมาเดินเข้า   ไปใกล้
   อีก 50 เมตร  จะได้ยินเสียงก้องหลังเป่า 1.8  วินาที จงหาว่าชายคนนี้ยืนห่างจาก
   กำแพงกี่เมตรในตอนแรก                

วิเคราะห์ :   ระยะห่าง เสียงไป-กลับ ใช้เวลาเพียงครึ่งเดียว

วิธีทำ :

แบบฝึกหัด

1. ชายคนหนึ่งอยู่ระหว่างหน้าผา เมื่อตบมือจะได้ยินเสียงตบมือภายหลังที่ตบมือแล้ว  1 , 3, และ
    4 วินาทีตามลำดับ ถ้าอัตราเร็วของเสียง 335 m/s  
          จงหา  1. ระยะห่างระหว่างหน้าผา
                   2. เวลาที่ได้ยินเสียงตบมือครั้งถัดไปหลังจากที่ตบมือ

Key

2. เรือลำหนึ่งแล่นเข้าหาหน้าผาด้วยอัตราเร็ว 10 เมตร/วินาที ถ้าเปิดหวูดปรากฏว่าได้ยินเสียงก้องใน
  เวลา 12 วินาทีต่อมา  จงหาว่าขณะที่เปิดหวูดเรือห่างจากหน้าผากี่เมตรกำหนดอัตราเร็วของเสียง 340 เมตร/วินาที

Key

 

   
   

2. คลื่นนิ่ง
.......เมื่อคลื่นเสียงเคลื่อนที่จากแหล่งกำเนิด เข้าหาสิ่งกีดขวางจะสะท้อนกลับทำให้เกิดคลื่นนิ่งดังรูป

   
   
   
   
ตำแหน่ง Antinode เสียงดัง ตำแหน่ง Node เสียงจะค่อย
   
   

ตัวอย่างการคำนวณ

1. ผู้ขับรถยนต์คันหนึ่งกำลังเปิดรับฟังวิทยุฟังรายการจากสถานีแห่งหนึ่ง ขณะที่รถกำลัง
เคลื่อนที่เขาหาตึกใหญ่ข้างหน้าด้วยความเร็ว 1 เมตร/วินาที เขาสังเกตว่าวิทยุเงียบ
ไป 2 ครั้งใน 3 วินาที คลื่นวิทยุนั้นมีความยาวคลื่นเท่าไร 

วิเคราะห์ :
          คลื่นวิทยุเคลื่อนที่เข้าหาตึกจะสะท้อนกลับรวมกับคลื่นเดิมเป็นคลื่นนิ่ง
          ทำให้เกิดตำแหน่ง บัพ (Node) เสียงเงียบ และตำแหน่งปฏิบัพ ( Antinode) เสียงดัง
          เมื่อรถเคลื่อนที่ผ่านเสียงเงียบ 2 ครั้งใน 3 วินาที 

วิธีทำ

                         จากรูป ระยะที่เสียงเงียบหายไป 2 ครั้ง จะเท่ากับความยาวคลื่น

หาความยาว
                            S =  v.t
                                =  1x3
                                =  3  เมตร
ตอบ  คลื่นวิทยุมีความยาวคลื่น 3  เมตร  

แบบฝึกหัด

1. ต้นกำเนิดเสียงความถี่ 85 Hz วางอยู่ใกล้กำแพงชายคนหนึ่งเดินจากต้นกำเนิดเสียง
   เข้าหากำแพงพบว่าเสียงมีความเข้มมากน้อยสลับกันไป ถ้าอัตราเร็วของเสียง
   ในอากาศ 340 m/s ระยะหว่างจุดที่มีความเข้มเสียงน้อยที่สุดที่อยู่ติดกันจะห่างกันกี่เมตร

Key

2. การหักเห
การหักเหของคลื่นเสียงคือการเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่นเสียง
เมื่อคลื่นเสียงเคลื่อนที่จากตัวกลางหนึ่งไปอีกตัวกลางหนึ่งที่มีความหนาแน่นต่างกัน
สามารถสรุปความสัมพันธ์ได้ดังนี้

คลื่นเสียงจะเบนออกจากเส้นปกติเมื่อเคลื่อนที่จากบริเวณที่มีอุณหภูมิต่ำไปยังบริเวณที่มีอุณหภูมิสูง หรือจากบริเวณที่มีความเร็วน้อยไปยังตัวกลางที่มีความเร็วมาก

ตัวอย่างการคำนวณ

ถ้าอัตราเร็วของเสียงในน้ำและในอากาศ เท่ากับ  1400 และ 350 เมตร/วินาที ตามลำดับ
เสียงระเบิดจากใต้น้ำเดินทางมากระทบผิวน้ำด้วยมุมตกกระทบ 30 องศา จงหา sin ของมุมหักเห


   
   

ตัวอย่าง เกี่ยวกับการหักเห เช่นฟ้าแลบแล้วยังไม่ได้ยินเสียงฟ้าร้อง เพราะการหักเห

   
   

มุมวิกฤต

คือ มุมตกกระทบที่ทำให้มุมหักเหเท่ากับ 90
คลื่นเสียงต้องเคลื่อนที่จากบริเวณที่มีความเร็วน้อยไปสู่บริเวณ
ที่มีความเร็วมาก เช่น จากอุณหภูมิต่ำไปยังอุณหภูมิสูงได้สูตร

ถ้ามุมตกโตกว่ามุมวิกฤต คลื่นเสียงจะไม่หักเหแต่ จะสะท้อนกลับหมด

คำถาม 

1. “ ในเวลากลางคืนอากาศบริเวณพื้นดินเย็นกว่าอากาศที่อยู่ที่สูงขึ้นไป ถ้านักเรียนเป่าขลุ่ย
เสียงขลุ่ยจะหักเหอย่างไร  จงอธิบายและเขียนภาพประกอบ  ”

2. “ ขณะที่เกิดฟ้าแลบ แต่ไม่ได้ยินเสียงฟ้าร้อง ” นักเรียนอธิบายได้อย่างไรว่าทำไมจึงเป็นเช่นนั้น

3.   การสำรวจแหล่งแร่หรือน้ำมันอาศัยสมบัติข้อใดของเสียง


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

key

key

key

 
   

3. การแทรกสอด
คือปรากฎการณ์ที่คลื่นเสียง 2 ขบวนเคลื่อนที่เข้ามาในตัวกลางเดียวกันเกิดการรวมคลื่น
กันขึ้นทำให้เกิดการเสริมกันและหักล้างกัน ตำแหน่งที่เสริมกันเรียกว่า ตำแหน่งปฎิบัพ
(เสียงดัง) ตำแหน่งที่หักล้างกันเรียกว่า ตำแหน่งบัพ (เสียงจะค่อย)


แหล่งกำเนิดอาพันธ์ คือแหล่งกำเนิดคลื่นเสียงที่มีความถี่เท่ากัน ความยาวคลื่นเท่ากัน
อัตราเร็วเท่ากัน แอมปลิจูดเท่ากัน แต่เฟสอาจจะเท่ากันหรือต่างกันคงที่ก็ได้

   
   
   
    4. การเลี้ยวเบน
คือการที่คลื่นเสียงเคลื่อนที่ไปพบสิ่งกีดขวางแล้วสามารถเคลื่อนที่อ้อมได้หลัง
สิ่งกีดขวางได้อธิบายได้โดยใช้หลักของฮอยเกนต์
   
   
   
       
    ขออวยพรให้นักเรียนที่ขยันและตั้งใจประสบผลสำเร็จในการเรียน...................ทุกคน
 
จัดทำโดย ครูนันทพล สิทธิสุวรรณ กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์
Home

 

กลับหน้าแรกโฮมเพจฟิสิกส์ราชมงคล