ฟิสิกส์ราชมงคล

การสะท้อนของคลื่นในเส้นเชือก

การสะท้อนของคลื่นในเส้นเชือก

ถ้าปลายสุดของตัวกลางถูกยึดตรึงไว้ คลื่นสะท้อนที่ได้จะมีเฟสเปลี่ยนไป 180 องศาหรือมีเฟสตรงกันข้ามกับคลื่นตกกระทบ (ดูภาพบน)
ถ้าปลายสุดของตัวกลางเป็นปลายปล่อย คลื่นสะท้อนที่ได้จะมีเฟสเดียวกับคลื่นตกกระทบ (ดูภาพล่าง)

การสะท้อนของคลื่นในเส้นเชือกที่ต่อกัน

การสะท้อนของคลื่นในเส้นเชือกที่มีมวลต่างกัน 2 เส้นนำมาต่อกัน

ถ้าคลื่นเดินทางจากเชือกที่มีมวลน้อยไปสู่เชือกที่มีมวลมาก คลื่นสะท้อนในเส้นเชือก

ที่มีมวลน้อยกว่าจะมีเฟสตรงข้ามกับคลื่นเดิม ส่วนคลื่นที่เคลื่อนที่ไปในเส้นเชือก

ที่มีมวลมากกว่าจะมีความเร็วคลื่นลดลง (ดูภาพเคลื่อนไหวด้านบน)

ถ้าคลื่นเดินทางจากเชือกที่มีมวลมากไปสู่เชือกที่มีมวลน้อย คลื่นสะท้อนใน

เส้นเชือกที่มีมวลมากกว่าจะมีเฟสตรงกันกับคลื่นเดิม ส่วนคลื่นที่เคลื่อนที่

ไปในเส้นเชือกที่มีมวลน้อยกว่าจะมีความเร็วคลื่นเพิ่มขึ้น

การแทรกสอดของคลื่นวงกลม (1)

แหล่งกำเนิดอาพันธ์หมายถึงแหล่งกำเนิดคลื่นที่มีความถี่เท่ากัน และมีเฟสตรงกันหรือต่างกันคงที่

ภาพเคลื่อนไหวนี้เป็นการแสดงการแทรกสอดของคลื่นต่อเนื่องจากแหล่งกำเนิดอาพันธ์ 2

แหล่งที่กำลังเคลื่อนที่เข้าหากัน เส้นทึบที่เห็นในภาพคือจุดยอดคลื่น ส่วนเส้นบางคือท้องคลื่น

การซ้อนทับของคลื่นนั้น เมื่อเส้นหนามาตัดกับเส้นหนา หรือเส้นบางมาตัดกับเส้นบาง จะเกิด

การรวมกันแบบเสริม เรียกว่า จุดปฏิบัพ และเมื่อเส้นหนามาตัดกับเส้นบางจะเป็น

ตำแหน่งที่คลื่นหักล้างกันจนหมด เรียกว่า จุดบัพ

ลองสังเกตดูว่าการเคลื่อนที่เข้าหากันของแหล่งกำเนิดอาพันธ์ 2 แหล่งให้ผลอย่างไรบ้าง

การแทรกสอดของคลื่นวงกลม (2)

ภาพเคลื่อนไหวนี้เป็นการแสดงการแทรกสอดของคลื่นต่อเนื่องจากแหล่งกำเนิด 2 แหล่ง

ที่อยู่กับที่แต่มีความยาวคลื่นแปรเปลี่ยนไป (เปลี่ยนพร้อมกันทั้ง 2 แหล่ง) เส้นทึบที่เห็น

ในภาพคือจุดยอดคลื่น ส่วนเส้นบางคือท้องคลื่น

การซ้อนทับของคลื่นนั้น เมื่อเส้นหนามาตัดกับเส้นหนา หรือเส้นบางมาตัดกับเส้นบาง จะเกิดการรวมกันแบบเสริม เรียกว่า จุดปฏิบัพ และเมื่อเส้นหนามาตัดกับเส้นบาง

จะเป็นตำแหน่งที่คลื่นหักล้างกันจนหมด เรียกว่า จุดบัพ

ลองสังเกตดูว่าการเปลี่ยนแปลงความยาวคลื่นของแหล่งกำเนิด 2 แหล่งให้ผลอย่างไรบ้าง

คลื่นนิ่งในเส้นเชือก

คลื่นนิ่งเป็นรูปแบบของการแทรกสอดของคลื่นตั้งแต่ 2 ขบวนขึ้นไปในตัวกลางเดียวกัน และ

มีผลทำให้เกิดตำแหน่งบัพ (node) คงที่ (หมายถึงจุดใดที่เป็นตำแหน่งบัพก็เป็นตำแหน่งบัพอยู่

เสมอ) ส่วนจุดที่เป็นตำแหน่งปฏิบัพ (antinode) ก็เป็นตำแหน่งปฏิบัพเสมอ

ในเชือกเส้นหนึ่ง (ที่มีความยาวค่าหนึ่ง) จะเกิดคลื่นนิ่งได้หลายแบบ เราเรียกแบบของคลื่นนิ่งเหล่านี้ว่า ฮาร์มอนิก (harmonic) ความถี่ที่ต่ำที่สุดที่จะทำให้เกิดคลื่นนิ่งบนเชือกเส้นนั้นได้เราเรียกว่า ความถี่มูลฐาน หรือ ฮาร์มอนิกที่ 1 ดังภาพต่อไปนี้

ความถี่ที่สูงขึ้นเป็นลำดับถัดมาจากความถี่มูลฐานที่ทำให้เกิดคลื่นนิ่งในเส้นเชือกได้อีกเราเรียกว่า ฮาร์มอนิกที่ 2 (second harmonic) หรือ โอเวอร์โทนที่ 1 (first overtone) ดังภาพต่อไปนี้

ความถี่ที่ทำให้เกิดคลื่นนิ่งในเส้นเชือก (เส้นเดิม) ในลำดับถัดขึ้นมาอีกเราจะเรียกว่า

- ฮาร์มอนิกที่ 3 (third harmonic) หรือ โอเวอร์โทนที่ 2 (second overtone)
- ฮาร์มอนิกที่ 4 (fourth harmonic) หรือ โอเวอร์โทนที่ 3 (third overtone)
- ฮาร์มอนิกที่ 5 (fifth harmonic) หรือ โอเวอร์โทนที่ 4 (fourth overtone)
ฯลฯ

ไปตามลำดับ ดังแสดงในภาพต่อไปนี้ (ดูภาพ 1.49 ประกอบด้วย)

ฮาร์มอนิกที่ 3

ฮาร์มอนิกที่ 4

ฮาร์มอนิกที่ 5

ลองสังเกตดูว่า ลำดับที่ของฮาร์มอนิก กับ ลำดับที่ของโอเวอร์โทน มีที่มาจากอะไร?

ความถี่ที่ก่อให้เกิดคลื่นนิ่งที่เป็นฮาร์มอนิกนั้นขึ้นความความเร็วในการเคลื่อนที่ของคลื่นในตัวกลาง และขึ้นกับความยาวคลื่นด้วย ซึ่งความเร็วของคลื่นในตัวกลางนั้นก็ยังขึ้นกับสมบัติของตัวกลาง (อาทิ ความตึง ความหนา และเนื้อวัสดุของตัวกลาง ฯลฯ) ส่วนความยาวคลื่นนั้นขึ้นกับ

ความยาวของตัวกลาง (ความยาวของเส้นเชือก) และเลขฮาร์มอนิก (harmonic number เช่น

ฮาร์มอนิกที่ 1, ฮาร์มอนิกที่ 2 ฯลฯ) ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงความยาวของตัวกลางหรือ การเปลี่ยนแปลงสมบัติของตัวกลางย่อมทำให้ความถี่มูลฐานและความถี่ฮาร์มอนิกลำดับ

อื่นๆเปลี่ยนแปลงไป

การซ้อนทับของคลื่น (1)

คลิกเข้าไปทดลองค่ะ ทดลองไม่ได้ให้ setup ก่อนครับ

การซ้อนทับของคลื่น (2)

คลิกเข้าไปทดลองค่ะ ทดลองไม่ได้ให้ setup ก่อนครับ

การแทรกสอดของคลื่นสะท้อน

คลิกเข้าไปทดลองค่ะ ทดลองไม่ได้ให้ setup ก่อนครับ

คลื่นเสียงในตัวกลาง

คลื่นเสียงเกิดจากการสั่นของแหล่งกำเนิดเสียง พลังงานที่เกิดจากการสั่นของแหล่งกำเนิด

เสียงจะถูกถ่ายโอนให้แก่โมเลกุลของอากาศรอบข้าง และโมเลกุลที่ได้รับพลังงานเหล่านี้ก็จะ

ถ่ายโอนพลังงานให้แก่โมเลกุลที่อยู่ถัดออกไป เป็นเช่นนี้ไปเรื่อยๆ ดังนั้นเสียงจึงมีลักษณะ

เป็นคลื่นตามยาวที่กระจายออกจากแหล่งกำเนิดเสียง

การถ่ายโอนพลังงานเสียงผ่านโมเลกุลของอากาศทำให้อากาศเกิดการเคลื่อนที่ ทำให้มี

บริเวณส่วนอัดและส่วนขยายดังแสดงในภาพการเกิดเสียงของส้อมเสียงด้านบน

คลื่นเสียงสามารถเขียนกราฟให้อยู่ในรูปของกราฟไซน์ได้ โดยความยาวคลื่นแทนระยะของจังหวะอัดและขยาย (ซึ่งสามารถนำมาคำนวณให้อยู่ในรูปของความถี่ได้หากทราบความเร็วของคลื่น) ส่วนแอมพลิจูดแทนความดันของอากาศที่เกิดจากการอัดและขยายตัว (ดูภาพ 2.1 ประกอบ)

เสียงสะท้อนและเสียงก้อง

เมื่อคลื่นเสียงเมื่อคลื่นเสียงเคลื่อนที่ไปจนถึงสุดปลายของตัวกลางและพบตัวกลางที่มีความ

หนาแน่นกว่ามาก เช่น ผนัง กำแพง ฯลฯ คลื่นเสียงจะเกิดการสะท้อนกลับมายังแหล่งกำเนิด

เสียงอันเป็นไปตามกฎของการสะท้อน

สมมติเพื่อนของท่านซึ่งยืนอยู่ใกล้ๆท่านกำลังตะโกนใส่ผนังที่อยู่ห่างออกไป เนื่องจากสมองมนุษย์จะยังจำเสียงติดหูอยู่ได้ภายในช่วงเวลา 0.1 วินาทีหลังจากที่ได้ยินเสียงอันเกิดจากการหน่วงของระบบประสาท ดังนั้น หากผนังอยู่ค่อนข้างไกล และท่านได้ยินเสียงที่สะท้อนกลับมาหลังจากที่ท่านได้ยินเสียงจากแหล่งจริง (คือจากปากเพื่อนของท่าน) นานกว่า

0.1 วินาที ท่านจะได้ยินเสมือนเป็น 2 เสียง คือเสียงจากแหล่งจริง และหลังจากนั้น เล็กน้อยก็จะได้ยินเสียงที่สะท้อนจากผนัง เราเรียกเสียงสะท้อนในกรณีนี้ว่า เสียงสะท้อน (echo)

แต่หากสมมติว่าผนังอยู่ไม่ห่างนัก เมื่อเพื่อนของท่านตะโกน เสียงสะท้อนจะมาถึงหูท่านภายในเวลาน้อยกว่า 0.1 วินาที ในกรณีนี้ท่านจะได้ยินเสียงจากแหล่งจริงและเสียงสะท้อนต่อเนื่อง เหมือนเป็นเสียงเดียวกัน เสียงที่สะท้อนในกรณีหลังนี้เราเรียกว่า เสียงก้อง (reverberation)

โดยทั่วไปแล้ว หากผนัง กำแพง หรือวัตถุขวางกั้น อยู่ห่างจากแหล่งกำเนิดเสียงเกินกว่า 17 เมตร (ระยะโดยประมาณ) ผู้ฟังที่อยู่ใกล้แหล่งกำเนิดเสียงจะได้ยินเสียงสะท้อน แต่หากผนังอยู่ภายในระยะ 17 เมตร ผู้ฟังจะได้ยินเสียงก้อง

ลองดูภาพข้างล่างนี้เพื่อช่วยความเข้าใจ สังเกตดูเวลาด้วย

ลองฟังเสียงก้อง

ดังที่ได้กล่าวมาแล้วว่าเสียงก้องเกิดจากเสียงสะท้อนที่เข้าสู่หูผู้ฟังเป็นเวลาห่างจากเสียงที่มา

จากแหล่งกำเนิดโดยตรงน้อยกว่า 0.1 วินาที ความหน่วงของระบบประสาทจะทำให้ผู้ฟังได้ยินเสียง

โดยตรงกับเสียงสะท้อนเป็นเสมือนเสียงที่ต่อเนื่องกัน

แต่บางครั้งเสียงสะท้อนก็ไม่ได้สะท้อนจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นเพียงครั้งเดียว แต่เกิด

การสะท้อนไปมาหลายครั้งก่อนที่จะเข้าสู่หูของเรา ยกตัวอย่างเช่นการพูดในห้องซึ่งมีผนังสี่ด้าน

เพดาน และพื้น เสียงพูดที่เข้าสู่หูของเราจะเป็นเสียงที่เกิดจากการสะท้อนไปมาในห้องหลายครั้ง

จึงทำให้เราได้ยินเสียงก้องยาวนาน แต่หากเสียงสะท้อนไปมาน้อยครั้งเราก็จะได้ยินเสียงก้องสั้นๆ

ทดลองฟังเสียงก้องข้างล่างนี้จะช่วยให้เข้าใจมากขึ้น เสียงเหล่านี้เป็นเสียงพูดในห้องที่มีสมบัติ

ในการเกิดเสียงก้องต่างๆกัน ตั้งแต่ไม่มีเสียงก้อง เสียงก้องสั้น ไปจนถึงเสียงก้องนาน

ไม่มีเสียงก้อง RealAudio file (25 KB) ฟังไม่ได้ให้ setupreal player ก่อนครับ
เสียงก้องนาน 0.8 วินาที RealAudio file (30 KB)
เสียงก้องนาน 1.5 วินาที RealAudio file (33 KB)
เสียงก้องนาน 2.5 วินาที RealAudio file (45 KB)
เสียงก้องนาน 5.0 วินาที RealAudio file (71 KB)

ลองฟังเสียงปรากฏการณ์ดอปเปลอร์

จากการทดลองที่แล้ว ท่านได้ทดลองในภาคทฤษฎีเกี่ยวกับปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ ในการ

ทดลองนี้ลองมาฟังเสียงที่เกิดจากปรากฏการณ์ดอปเปลอร์กันดูบ้าง

เสียงรถยนต์ที่วิ่งมาจากระยะไกลและผ่านหน้าไป ลองฟังเสียงที่รถยนต์

เคลื่อนที่เข้ามาและเคลื่อนที่จากไป คลิกที่นี่ ท่านสังเกตเสียงสูงต่ำออกหรือไม่

(ให้สังเกตที่เสียงสูง/ต่ำเป็นเกิดจากความถี่เสียงที่เปลี่ยนแปลงไปเนื่องจากการ

เคลื่อนที่ ไม่ใช่เสียงดัง/เบา เพราะนั่นเกี่ยวกับความเข้มของเสียง)

หากสังเกตได้ไม่ชัด ลองมาฟังเสียงชุดนี้ดูบ้าง (อย่าลืม! สังเกตที่ความที่เสียง ไม่ใช่ความเข้มเสียง)

หากยังแยกความสูงต่ำของเสียงที่เคลื่อนเข้ามาและจากไปได้ไม่ชัด ลองฟังเสียงนี้ดู เป็นเสียงหวูด

รถไฟที่กำลังเคลื่อนที่จากไป คลิกที่นี่ คราวนี้ต้องฟังออกแน่

การเกิดภาพของกระจกเงาราบ

การสะท้อนแสงบนกระจกเงาราบจะมีมุมตกเท่ากับมุมสะท้อน การเกิดภาพบนกระจก

เงาราบนั้นจะเกิดภาพหลังกระจกโดยมีระยะภาพ = ระยะวัตถุ (ดูภาพ 3.20, 3.21 ประกอบ)

ตาบอดสี

อาการตาบอดสีเป็นความผิดปกติทางพันธุกรรม ผู้ที่ตาบอดสีจะแยกสีบางสีไม่ได้ เช่น

ตาบอดสีเขียว-แดงก็จะแยกสีเขียวและแดงไม่ออก ฯลฯ อาการตาบอดสีนั้นมีหลายแบบ มี

ความสามารถในการจำแนกสีได้ดีไม่เท่ากัน ที่พบได้บ่อยที่สุดคืออาการตาบอดสีเขียว-แดง

ตาบอดสีอาจทำให้เกิดอุปสรรคในการทำงานบางชนิดที่ต้องอาศัยการจำแนกสี ดังนั้น

การศึกษาในบางสาขาจึงมีการจำกัดคุณสมบัติของผู้เรียนไว้ว่าต้องไม่มีอาการตาบอดสีจึงจะ

เรียนได้ รวมทั้งผู้ที่ตาบอดสีเขียวแดงไม่อาจทำใบขับขี่ได้เพราะการขับขี่ยานพาหนะนั้นจำต้อง

ดูไฟจราจรซึ่งเป็นสีเขียวแดง

ทดสอบตาบอดสีเขียว-แดง

ลองดูภาพข้างล่างแล้วจดเอาไว้ว่าแต่ละภาพท่านเห็นอะไร (อย่าดูเฉลยในผลการทดสอบก่อน)

ดูผลการทดสอบ ที่นี่

Huygens' principle

คลิกเข้าไปทดลองค่ะ ทดลองไม่ได้ให้ setup ก่อนครับ

เสียงปริศนา

คลิกเข้าไปทดลองค่ะ ทดลองไม่ได้ให้ setup shockwave player ก่อนครับ

เดซิเบล

เดซิเบล (decibel) เป็นหน่วยวัดความเข้มของเสียง หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือเป็นหน่วยวัด ความดังของเสียงนั่นเอง มาจากสูตร

โดย คือความเข้มของเสียง มีหน่วยเป็นเดซิเบล, I คือความเข้มของเสียง, I₀ คือความเข้มของเสียงต่ำสุดที่มนุษย์จะได้ยิน คือ 10^-12 วัตต์/ตารางเมตร

คลิกค่ะ ทดลองไม่ได้ให้ setup ก่อนครับ

ปรากฏการณ์ดอปเปลอร์

เมื่อมีการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่างผู้ฟังและแหล่งกำเนิดเสียง จะทำให้ผู้ฟังได้ยินเสียงที่มี

ความถี่ต่างไปจากความถี่ที่แหล่งกำเนิดส่งออกมา ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าปรากฏการณ์

ดอปเปลอร์ (Doppler effect)

ถ้าแหล่งกำเนิดเสียงเคลื่อนที่เข้าหาผู้ฟัง หน้าคลื่นจะกระทบหูผู้ฟังเร็วขึ้น ผู้ฟังจะได้ยินเสียง

มีความถี่สูงขึ้น เพราะเสียงมีความยาวคลื่นสั้นลง

คลิกเข้าไปทดลองค่ะ ทดลองไม่ได้ให้ setup ก่อนครับ

คลื่นกระแทก

เครื่องบินรบ SR-71 ของสหรัฐอเมริกา มีความเร็วสูงถึง 3.2 มัค หรือเร็วเหนือ เสียง 3.2 เท่า เครื่องบินที่มีความเร็ว เหนือเสียงเหล่านี้ทำให้เกิดคลื่น กระแทก คลิกเข้าไปทดลองค่ะ ทดลองไม่ได้ให้ setup ก่อนครับ

รวมการเกิดภาพของเลนส์

คลิกเข้าไปทดลองค่ะ ทดลองไม่ได้ให้ setup ก่อนครับ

ปลามองเห็นวัตถุเหนือน้ำอย่างไร

คลิกเข้าไปทดลองค่ะ ทดลองไม่ได้ให้ setup ก่อนครับ

ตาบอดสี

ดูไฟจราจรซึ่งเป็นสีเขียวแดง

ทดสอบตาบอดสีเขียว-แดง

ดูผลการทดสอบ ที่นี่

ศัพท์วิทยาศาสตร์ ฉบับราชบัณฑิตสถาน

หนังสืออิเล็กทรอนิกส์
ฟิสิกส์ 1(ภาคกลศาสตร์)	ฟิสิกส์ 1 (ความร้อน)
ฟิสิกส์ 2	กลศาสตร์เวกเตอร์
โลหะวิทยาฟิสิกส์	เอกสารคำสอนฟิสิกส์ 1
ฟิสิกส์ 2 (บรรยาย)	แก้ปัญหาฟิสิกส์ด้วยภาษา c
ฟิสิกส์พิศวง	สอนฟิสิกส์ผ่านทางอินเตอร์เน็ต
ทดสอบออนไลน์	วีดีโอการเรียนการสอน
หน้าแรกในอดีต	แผ่นใสการเรียนการสอน
เอกสารการสอน PDF	สุดยอดสิ่งประดิษฐ์
การทดลองเสมือน
บทความพิเศษ	ตารางธาตุ(ไทย1) 2 (Eng)
พจนานุกรมฟิสิกส์	ลับสมองกับปัญหาฟิสิกส์
ธรรมชาติมหัศจรรย์	สูตรพื้นฐานฟิสิกส์
การทดลองมหัศจรรย์	ดาราศาสตร์ราชมงคล
แบบฝึกหัดกลาง
แบบฝึกหัดโลหะวิทยา	แบบทดสอบ
ความรู้รอบตัวทั่วไป	อะไรเอ่ย ?
ทดสอบ(เกมเศรษฐี)	คดีปริศนา
ข้อสอบเอนทรานซ์	เฉลยกลศาสตร์เวกเตอร์
คำศัพท์ประจำสัปดาห์
ความรู้รอบตัว
การประดิษฐ์แของโลก	ผู้ได้รับโนเบลสาขาฟิสิกส์
นักวิทยาศาสตร์เทศ	นักวิทยาศาสตร์ไทย
ดาราศาสตร์พิศวง	การทำงานของอุปกรณ์ทางฟิสิกส์
การทำงานของอุปกรณ์ต่างๆ
การเรียนการสอนฟิสิกส์ 1 ผ่านทางอินเตอร์เน็ต
1. การวัด	2. เวกเตอร์
3. การเคลื่อนที่แบบหนึ่งมิติ	4. การเคลื่อนที่บนระนาบ
5. กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน	6. การประยุกต์กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน
7. งานและพลังงาน	8. การดลและโมเมนตัม
9. การหมุน	10. สมดุลของวัตถุแข็งเกร็ง
11. การเคลื่อนที่แบบคาบ	12. ความยืดหยุ่น
13. กลศาสตร์ของไหล	14. ปริมาณความร้อน และ กลไกการถ่ายโอนความร้อน
15. กฎข้อที่หนึ่งและสองของเทอร์โมไดนามิก	16. คุณสมบัติเชิงโมเลกุลของสสาร
17. คลื่น	18.การสั่น และคลื่นเสียง
การเรียนการสอนฟิสิกส์ 2 ผ่านทางอินเตอร์เน็ต
1. ไฟฟ้าสถิต	2. สนามไฟฟ้า
3. ความกว้างของสายฟ้า	4. ตัวเก็บประจุและการต่อตัวต้านทาน
5. ศักย์ไฟฟ้า	6. กระแสไฟฟ้า
7. สนามแม่เหล็ก	8.การเหนี่ยวนำ
9. ไฟฟ้ากระแสสลับ	10. ทรานซิสเตอร์
11. สนามแม่เหล็กไฟฟ้าและเสาอากาศ	12. แสงและการมองเห็น
13. ทฤษฎีสัมพัทธภาพ	14. กลศาสตร์ควอนตัม
15. โครงสร้างของอะตอม	16. นิวเคลียร์
การเรียนการสอนฟิสิกส์ทั่วไป ผ่านทางอินเตอร์เน็ต
1. จลศาสตร์ ( kinematic)	2. จลพลศาสตร์ (kinetics)
3. งานและโมเมนตัม	4. ซิมเปิลฮาร์โมนิก คลื่น และเสียง
5. ของไหลกับความร้อน	6.ไฟฟ้าสถิตกับกระแสไฟฟ้า
7. แม่เหล็กไฟฟ้า	8. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากับแสง
9. ทฤษฎีสัมพัทธภาพ อะตอม และนิวเคลียร์