1

Physics I

คลื่��นแลื่ะเสียง

2

คลื่��นกลื่• คลื่��น เกิดขึ้� นได�เมื่��อระบบถู�กิรบกิวน

จากิตำ�าแหน�งสมื่ด!ลื่ แลื่ะกิารรบกิวนน" นมื่#กิารเดนทางหร�อแผ่�ไปจากิบรเวณหน��งขึ้องระบบไปยั"งอ#กิบรเวณหน��งได�

• คลื่��นกิลื่ ค�อ คลื่��นท#�ตำ�องอาศั"ยัตำ"วกิลื่างส�งผ่�านพลื่"งงาน (กิารเคลื่��อนท#�ขึ้องคลื่��น)

• คลื่��นกิลื่แบ�งตำามื่กิารเคลื่��อนท#�ขึ้องตำ"วกิลื่างได�เป+น– คลื่��นตามขวาง - กิารกิระจ"ดขึ้อง

ตำ"วกิลื่างตำ" งฉากิกิ"บทศักิารเดนทางขึ้องคลื่��นในตำ"วกิลื่างน" น

– คลื่��นตามยาว - อน!ภาคขึ้องตำ"วกิลื่างเคลื่��อนท#�กิลื่"บไปมื่าในทศัเด#ยัวกิ"นกิ"บท#�คลื่��นเดนทาง

3

คลื่��นในเสี�นเชื�อก

4

คลื่��นน��า

5

คลื่��นเสียง

6

การอธิ�บายลื่�กษณะของคลื่��น• ความื่ถู#� (Frequency : f) จ�านวนรอบขึ้องกิาร

ส"�นตำ�อหน��งหน�วยัเวลื่า มื่#หน�วยัเป+น Hertz (Hz)• 1 Hz = 1 รอบ/วนาท#

7

การอธิ�บายลื่�กษณะของคลื่��น• คาบ (Period : T) เวลื่าท#�ตำ"วกิลื่างขึ้องคลื่��นส"�น

ครบ 1 รอบด"งน" น 1Tf

8

การอธิ�บายลื่�กษณะของคลื่��น• ความื่ยัาวคลื่��น (Wavelength : )

9

การอธิ�บายลื่�กษณะของคลื่��น• อ"ตำราเร/วคลื่��น หาได�จากิระยัะทางท#�จ!ดใดจ!ดหน��งบน

คลื่��นเคลื่��อนท#�ไปในช่�วงเวลื่าหน��ง

10

อ�ตราเร!วคลื่��น• คลื่��นเคลื่��อนท#�ได�ระยัะ ในเวลื่าเท�ากิ"บ T • ด"งน" นอ"ตำราเร/วคลื่��นหาได�จากิ

• หร�อ

s vt

vT

v fT

11

อ�ตราเร!วคลื่��น• ป2จจ"ยัท#�กิ�าหนดอ"ตำราเร/วขึ้องคลื่��นค�อตำ"วกิลื่าง เช่�น

ความื่หนาแน�น ความื่ยั�ดหยั!�นขึ้องตำ"วกิลื่าง ไมื่�ใช่�ความื่ถู#� หร�อความื่ยัาวคลื่��น

12

อ�ตราเร!วของคลื่��นตามขวาง

• อ"ตำราเร/วขึ้องคลื่��นตำามื่ขึ้วางบนเช่�อกิ ขึ้� นอยั��กิ"บแรงตำ�งขึ้องเช่�อกิ F แลื่ะอ"ตำราส�วนระหว�างมื่วลื่ตำ�อความื่ยัาวเช่�อกิ

Fv

13

อ�ตราเร!วคลื่��นตามยาว

• อ"ตำราเร/วขึ้องคลื่��นในขึ้องไหลื่ขึ้� นกิ"บค�าบ"ลื่ส3มื่อด�ลื่"ส แลื่ะความื่หนาแน�นขึ้องตำ"วกิลื่าง

Bv

14

การอธิ�บายลื่�กษณะของคลื่��น• แอมื่พลื่จ�ด

(Amplitude : A) กิารกิระจ"ดส�งส!ดขึ้องกิารส"�นขึ้องตำ"วกิลื่าง

• กิารเขึ้#ยันกิราฟคลื่��นสามื่ารถูเขึ้#ยันได� 2 แบบค�อ– กิารกิระจ"ดขึ้องตำ"วกิลื่าง

(y) กิ"บตำ�าแหน�งขึ้องอน!ภาคตำ"วกิลื่าง (x)

– กิารกิระจ"ด (y) กิ"บเวลื่า (t)

คณ�ตศาสีตร#ของคลื่��น

2,0 siny x A x

ให�คลื่��นเคลื่��อนท#�ไปทาง +x ด�วยัอ"ตำราเร/ว v

2, siny x t A x vt

แตำ�ถู�าคลื่��นเคลื่��อนท#�ไปทาง -x ด�วยัอ"ตำราเร/ว v

2, siny x t A x vt

16

คณ�ตศาสีตร#ของคลื่��น• คลื่��นเคลื่��อนท#�ได�ระยัะทาง ใช่�เวลื่า T

• จะได�

• กิ�าหนดให�เลื่ขึ้คลื่��น• แลื่ะ • เขึ้#ยันเป+นสมื่กิารคลื่��น

vT

, sin 2x t

y x t AT

2k

2

T

, sin

, sin

y x t A kx t

y x t A kx t

17

ต�วอย$างที่� 16-1 จากิร�ปแทนคลื่��นซึ่��งมื่#ความื่ถู#� 50 Hz บนเช่�อกิให�ระยัะ yo เท�ากิ"บ 3 mm แลื่ะระยัะ AE เท�ากิ"บ 40 cm จงหาค�าปรมื่าณตำ�อไปน# ส�าหร"บคลื่��น กิ) อ"มื่พลื่จ�ด ขึ้) ความื่ยัาวคลื่��น ค) อ"ตำราเร/ว

กิ) อ"มื่พลื่จ�ดขึ้องคลื่��นเท�ากิ"บระยัะ y0 = 3 mm

ขึ้) จากิร�ประยัะ AE เป+น 2 ด"งน" น = 20 cm ค) อ"ตำราเร/วคลื่��น v f 50 0.2 10 m/s

18

ต�วอย$างที่� 16-2 จากิสมื่กิารขึ้องคลื่��นในเส�นเช่�อกิเป+นด"งน#

จงหา กิ) อ"มื่พลื่จ�ดขึ้องคลื่��น ขึ้) ความื่ยัาวคลื่��น ค) คาบ ง) อ"ตำราเร/ว จ) ทศัทางกิารเคลื่��อนท#�

t

s12x

cm0.5cos)cm15(y

กิ) อ"มื่พลื่จ�ดขึ้องคลื่��นเท�ากิ"บ 15 cm

ขึ้) จากิ 2k

2

k

210

5.0

cm

ค) จากิ 2

T

2

T

2

24

12

s

19

ง) อ"ตำราเร/ว

vT

100.42

24 cm/s

20

การสีะที่�อนของคลื่��นการสีะที่�อนของเชื�อกปลื่ายตร'ง

การสีะที่�อนของเชื�อกปลื่ายอ�สีระ

21

การแที่รกสีอดของคลื่��น

22

คลื่��นน��ง (Standing Wave)

บ�พ

ปฏิ�บ�พ

23

โมดการสี��นของเสี�นเชื�อก

ความื่ยัาวเช่�อกิ L

เกิดคลื่��นน�ง 1 loop

เกิดคลื่��นน�ง 2 loop

เกิดคลื่��นน�ง 2 loop

24

โมดการสี��นของเสี�นเชื�อก• เมื่��อเกิดคลื่��นน�งจ�านวน n loop

• อ"ตำราเร/วขึ้องคลื่��นในเส�นเช่�อกิ• จากิ

• จะได�• เมื่��อ n = 1,2, 3,…

2L n

Fv

2n

n Ff

L

2

v nvf

L

25

โมดการสี��นของเสี�นเชื�อก

มื่#ความื่ถู#� f1 เร#ยักิว�า “ฮาร3โมื่นคท#� 1” หร�อ “ความื่ถู#�หลื่"กิมื่�ลื่”

มื่#ความื่ถู#� f2 เร#ยักิว�า “ฮาร3โมื่นคท#� 2” หร�อ “โอเวอร3โทนท#� 1”

มื่#ความื่ถู#� f3 เร#ยักิว�า “ฮาร3โมื่นคท#� 3” หร�อ “โอเวอร3โทนท#� 2”

26

โมดต$าง ๆ ของที่$อออร#แกน

A

1. ท�อปลื่ายัเป8ดท" งสองด�าน 1,2,3,...2n

nvf n

L

A

A

27

โมดต$าง ๆ ของที่$อออร#แกน

N

2. ท�อปลื่ายัเป8ดด�านเด#ยัว

1,3,5,7,...4n

nvf n

L

N

N

28

ต�วอย$างที่� 16-3 ลื่วดสายักิ#ตำาร3ขึ้�งอยั��ระหว�างจ!ดตำร�ง 2 จ!ด ห�างกิ"น 40 เซึ่นตำเมื่ตำร เมื่��อด#ดให�เส#ยังหลื่"กิท#�ความื่ถู#� 512 Hz ความื่เร/วขึ้องคลื่��นในสายัลื่วดเป+นเท�าไร

2

nvf

L

ด#ดให�เส#ยังหลื่"กิ ด"งน" น n = 1 แลื่ะ L = 0.4 m ความื่ถู#� 512 Hz

2Lfv

n

2 0.4 512

409.6

m/s

PHYSICS I[เสียง]

30

ความเข�มเสียง• ความื่เขึ้�มื่ (Intensity :I) ค�ออ"ตำรากิารส�งผ่�าน

พลื่"งงานเฉลื่#�ยัตำ�อหน��งหน�วยัพ� นท#� ซึ่��งเท�ากิ"บผ่ลื่ค�ณระหว�างความื่ด"นกิ"บความื่เร/ว

• เมื่��อ B ค�อค�าบ"ลื่ส3มื่อด�ลื่"ส• k ค�อเลื่ขึ้คลื่��น แลื่ะ A ค�ออ"มื่พลื่จ�ดขึ้องคลื่��น

• ด"งน" น

cosp BkA kx t

cosv A kx t

2 2cospv BkA kx t

31

ความเข�มเสียง• คดเป+นค�าเฉลื่#�ยัความื่เขึ้�มื่

• เมื่��อ แลื่ะ• แลื่ะ• จะได�

21

2I BkA

vk B

v

maxp BkA

2max

2

pI

B

32

ความเข�มของเสียง• ความื่เขึ้�มื่ (Intensity : I) มื่#นยัามื่ว�า พลื่"งงาน

ตำ�อหน��งหน�วยัพ� นท#�ตำ�อหน��งหน�วยัเวลื่า หร�อ กิ�าลื่"งตำ�อหน��งหน�วยัพ� นท#� /E t P

IA A

ความื่เขึ้�มื่ขึ้องคลื่��นจะแปรผ่กิผ่"นกิ"บกิ�าลื่"งสองขึ้องระยัะห�างจากิแหลื่�งกิ�าเนด

24

PI

r

33

ระด�บความเข�มเสียง• ความื่เขึ้�มื่ขึ้องเส#ยังท#�น�อยัท#�ส!ดท#�ห�เราสามื่ารถู

ได�ยันค�อ• เพ��อความื่สะดวกิเราจ�งนยัมื่บอกิเป+นระด"บความื่

เขึ้�มื่โดยัใช่� logarithmic scale

• ระด"บความื่เขึ้�มื่เส#ยังมื่#หน�วยัเป+นเดซึ่เบลื่ (dB)

12 20 10 W/mI

0

10logI

I

34

ระด�บความเข�มเสียง

ความื่เขึ้�มื่ท#�ท�าให�เร�มื่เจ/บปวดค�อ

21 W/mI

หร�อท#�ระด"บความื่เขึ้�มื่

12

110log 120 dB

10

35

ต�วอย$างที่� 16-4 เส#ยัง ๆ หน��งมื่#ความื่เขึ้�มื่ 3.00 x 10-8 W/m2 ระด"บความื่เขึ้�มื่เส#ยังน# ในหน�วยั dB มื่#ค�าเท�าไร

0

10logI

I

8

12

3.00 1010log

10

410log 3 10

10 log 3 4log 10

44.8 dB

36

บตสี#• ปรากิฏกิารณ3แทรกิสอดขึ้องคลื่��นท#�มื่#ความื่ถู#�ตำ�าง

กิ"น1 2 Bf f f

37

ปรากฏิการณ#ดอปเปลื่อร# (Doppler Effect)

• ถู�าแหลื่�งกิ�าเนดแลื่ะผ่��ฟ2งหยั!ดน�งจะได�ยันเส#ยังความื่ถู#�เด#ยัวกิ"น

• ผ่��ฟ2งเคลื่��อนท#�เขึ้�าหา

• แตำ� v=f ด"งน" น

vf

ov vf

ov vf f

v

ความื่ถู#�ท#�ผ่��ฟ2งได�ยันจะมื่#ค�าเพ�มื่มื่ากิขึ้� น

ถู�าผ่��ฟ2งเคลื่��อนท#�ออกิจากิแหลื่�งกิ�าเนดเส#ยังเส#ยังท#�ได�ยันจะมื่#ความื่ถู#�น�อยัลื่ง

ov vf f

v

38

ปรากฏิการณ#ดอปเปลื่อร# (Doppler Effect)

• ถู�าให�ผ่��ฟ2งหยั!ดน�งแลื่ะแหลื่�งกิ�าเนดคลื่��นเคลื่��อนท#�เขึ้�าหาผ่��ฟ2ง ความื่ยัาวคลื่��นเส#ยังท#�ได�ยันจะส" นลื่ง

• ความื่ยัาวคลื่��น

• จะได�ความื่ถู#�ท#�ผ่��ฟ2งได�ยัน

vf

sv v

f

s

vf f

v v

ถู�าเคลื่��อนท#�ออกิจากิผ่��ฟ2ง

s

vf f

v v

39

ปรากฏิการณ#ดอปเปลื่อร# (Doppler Effect)• แหลื่�งกิ�าเนดเส#ยังแลื่ะผ่��ฟ2งเคลื่��อนเขึ้�าหากิ"น

• แหลื่�งกิ�าเนดเส#ยังแลื่ะผ่��ฟ2งเคลื่��อนออกิจากิกิ"น

o

s

v vf f

v v

o

s

v vf f

v v

40

ต�วอย$างที่� 16-5 รถูยันตำ3ค"นหน��งแลื่�นด�วยัอ"ตำราเร/ว 30.0 m/s เขึ้�าหาหว�ดจากิโรงงานท#�มื่#ความื่ถู#� 500 Hz กิ) ถู�าอ"ตำราเร/วขึ้องเส#ยังในอากิาศัเท�ากิ"บ 340 m/s ความื่ถู#�ปรากิฏขึ้องหว�ดท#�คนขึ้"บได�ยันมื่#ค�าเท�าไร ขึ้) ท�าซึ่� ากิรณ#ท#�รถูยันตำ3เคลื่��อนท#�ออกิจากิโรงงานด�วยัอ"ตำราเร/วเท�าเดมื่

ov vf f

v

กิ) เมื่��อผ่��ฟ2งเคลื่��อนท#�เขึ้�าหาแหลื่�งกิ�าเนดเส#ยัง

340 30500

340

544.1 Hz

ขึ้) เมื่��อผ่��ฟ2งเคลื่��อนท#�ออกิจากิแหลื่�งกิ�าเนดเส#ยัง

340 30500 455.9

340ov v

f fv

Hz

41

คลื่��นกระแที่ก (Shock Wave)

• คลื่��นกิระแทกิเกิดขึ้� นเมื่��อ แหลื่�งกิ�าเนดคลื่��นเคลื่��อนท#�ได�เร/วกิว�า อ"ตำราเร/วขึ้องคลื่��นในตำ"วกิลื่างน" น

42

THE END OF SLIDE

43

เสียงฟ้.าร�อง