สรุปเนื้อหา คลื่นกล คืออะไร
คลื่นกล หรือ Mechanics wave คือ คลื่นที่อาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ เช่น คลื่นเส้นเชือก คลื่นสปริง หรือคลื่นผิวน้ำ
ชนิดของคลื่น แบ่งตามลักษณะการเคลื่อนที่ของอนุภาคตัวกลางขณะคลื่นเคลื่อนที่ผ่าน ได้แก่
- คลื่นตามยาว ซึ่งเป็นคลื่นที่อนุภาคของตัวกลางสั่นในแนวเดียวกับการเคลื่อนที่ของคลื่น เช่น คลื่นในสปริง คลื่นเสียง เป็นต้น
- คลื่นตามขวาง เป็นคลื่นที่อนุภาคของตัวกลางสั่นในแนวตั้งฉากกับการเคลื่อนที่ของคลื่น เช่น คลื่นในเส้นเชือก เป็นต้น
ชนิดของคลื่น แบ่งตามลักษณะของการทำให้เกิดคลื่น ได้แก่
- คลื่นดล คือ คลื่นที่เกิดจากแหล่งกำเนิดสั่นเพียงครั้งเดียว ทำให้เกิดคลื่นเพียงหนึ่งลูก อาจมีลักษณะกระจายออกจากแหล่งกำเนิดที่ทำให้เกิดคลื่น เช่น การโยนหินลงไปในน้ำ
- คลื่นต่อเนื่อง คือ คลื่นที่เกิดจากการสั่นของแหล่งกำเนิดหลายครั้งติดต่อกัน ทำให้เกิด คลื่นหลายลูกติดต่อกัน โดยความถี่ของคลื่นที่เกิดขึ้นเท่ากับความถี่ของการรบกวนของแหล่งกำเนิดคลื่น เช่น คลื่นน้ำที่ เกิดจากการใช้มอเตอร์
การถ่ายโอนพลังงานของคลื่นกล
โดยปกติแล้ว การเคลื่อนที่ของคลื่นที่อาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่นั้น ตัวกลางจะเคลื่อนที่กลับไปกลับมาแบบซิมเปิลฮาร์มอนิก โดยไม่ได้เคลื่อนที่ไปกับคลื่น ยกตัวอย่างเช่น เมื่อเราสะบัดเชือกให้ขึ้นลงจะทำให้เกิดคลื่นเส้นเชือก อนุภาคของเส้นเชือกจะเคลื่อนที่ขึ้นลงแบบซิมเปิลฮาร์มอนิก แต่คลื่นจะเคลื่อนที่ไปด้วยความเร็วคงตัว ซึ่งลักษณะการถ่ายโอนพลังงานเริ่มขึ้นเมื่อสะบัดเชือก พลังงานจากมือจะถ่ายโอนไปให้กับอนุภาคของเชือกที่เป็นตัวกลาง อนุภาคของเชือกก็จะมีการเคลื่อนที่กลับไปกลับมา แล้วถ่ายโอนพลังงานให้กับอนุภาคข้างเคียงต่อเนื่องกันทำให้คลื่นเคลื่อนที่ออกไป
ส่วนประกอบของคลื่น
- ความยาวคลื่น คือ ระยะที่น้อยที่สุดระหว่างจุด 2 จุดบนคลื่นที่มีลักษณะการเคลื่อนที่เหมือนกันทุกประการ ใช้สัญลักษณ์ λ แทนความยาวคลื่น มีหน่วยเป็น เมตร
- ความถี่ของคลื่น คือ จำนวนคลื่นที่ผ่านจุด ๆ หนึ่ง ในหนึ่งหน่วยเวลา หรือจำนวนรอบที่แหล่งกำเนิดคลื่นหรือตัวกลางสั่นได้ในหนึ่งหน่วยเวลา ใช้สัญลักษณ์ f และมีหน่วยเป็น รอบต่อวินาที หรือ เฮิรตซ์ (Hz)
- คาบของคลื่น คือ ช่วงเวลาที่คลื่นเคลื่อนที่ได้ 1 ความยาวคลื่น หรือเวลาที่แหล่งกำเนิดคลื่น หรือตัวกลางที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่านครบ 1 รอบ ใช้สัญลักษณ์ T มีหน่วยเป็น วินาที
- แอมพลิจูด คือ ขนาดของการกระจัดสูงสุดของอนุภาคของตัวกลางที่คลื่นผ่านจากตำแหน่ง สมดุลเดิม ใช้สัญลักษณ์ A มีหน่วยเป็น เมตร
- อัตราเร็วคลื่น คือ ระยะทางที่คลื่นเคลื่อนที่ได้ใน 1 หน่วยเวลา ใช้สัญลักษณ์ v มีหน่วยเป็น เมตร/วินาที
เฟสของคลื่น คืออะไร
เฟสของคลื่น คือ การบอกตำแหน่งต่าง ๆ บนคลื่น โดยบอกเป็นมุมในหน่วยองศาหรือเรเดียน ลักษณะของคลื่นสามารถนำมาเขียนในรูปของคลื่นรูปไซน์ได้ ดังนั้น ตำแหน่งต่าง ๆ บนคลื่นรูปไซน์จึงระบุตำแหน่งเป็นมุมในหน่วยองศาหรือเรเดียนได้ ซึ่งมุม 1 เรเดียนเทียบได้เท่ากับ 57.3 องศา มุม 360 องศาเทียบได้เท่ากับ 2π เรเดียน
สมบัติของคลื่น
- การสะท้อนของคลื่น ซึ่งเกิดจากคลื่นเคลื่อนที่ไปกระทบสิ่งกีดขวางแล้วเคลื่อนที่กลับมาในตัวกลางเดิมในการสะท้อนของคลื่น รังสีตกกระทบ เส้นปกติ และรังสีสะท้อน อยู่ในระนาบเดียวกัน โดยมุมตกกระทบ (θi ) = มุมสะท้อน (θr )
- การหักเหของคลื่น ปรากฏการณ์ที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่านเข้าไปในตัวกลางที่เปลี่ยนไปจากเดิม ความเร็ว และความยาวคลื่นจะเปลี่ยนไป จนมีผลทำให้ทิศการเคลื่อนที่เบนไปจากแนวเดิม
- การแทรกสอดของคลื่น คือ การที่คลื่นต่อเนื่องจากแหล่งกำเนิดคลื่นสองแหล่งเดินทางมาพบกันจนเกิดการซ้อนทับของคลื่น
- การเลี้ยวเบนของคลื่น คือ ปรากฏการณ์ที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่านสิ่งกีดขวาง คลื่นส่วนที่กระทบสิ่งกีดขวางเกิดการสะท้อนกลับ ส่วนคลื่นที่ผ่านไปได้เกิดการแผ่จากขอบของสิ่งกีดขวางไปจนถึงด้านหลังสิ่งกีดขวาง โดยคลื่นเลี้ยวเบนยังคงมีความยาวคลื่น ความถี่ และอัตราเร็วเท่าเดิม
ตัวอย่างข้อสอบเรื่อง คลื่นกล
1.การถ่ายโอนพลังงานของคลื่นกล อนุภาคตัวกลางจะเคลื่อนที่แบบใด
ก. แบบเส้นตรง
ข. แบบวิถีโค้ง
ค. แบบวงกลม
ง. แบบฮาร์มอนิกส์อย่างง่าย
2. ลูกตุ้มนาฬิกาผูกด้วยเชือกยาว 1.6 เมตร จะสั่นด้วยคาบเท่าใด กำหนดให้ g = 10 m/s2
ก. 8.72 s
ข. 1.60 s
ค. 2.52 s
ง. 4.25 s
3. คลื่นแบบใดไม่อาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่
ก. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
ข. คลื่นเส้นเชือก
ค. คลื่นสปริง
ง. คลื่นน้ำ
4.เอาปลายปากกาจุ่มน้ำเป็นจังหวะ 60 ครั้ง ในเวลา 2 นาที คลื่นลูกหนึ่งวิ่งจากปลายปากกาไปบนผิวน้ำถึงขอบภาชนะที่ห่างออกมา 50 cm ในเวลา 10 วินาที คลื่นน้ำลูกนี้มีความยาวคลื่นเท่าใด
ก. 6 cm
ข. 8 cm
ค. 10 cm
ง. 4 cm
5. คลื่นตามยาวและคลื่นตามขวางมีสิ่งใดที่ต่างกัน
ก. ความยาวคลื่น
ข. ทิศการเคลื่อนที่ของคลื่น
ค. ประเภทของแหล่งกำเนิด
ง. ทิศการสั่นของอนุภาคตัวกลาง
