คลื่นกล หน้าที่ 1

คลืน่กล

คลืน่ (wave) คือ เป็นปรากฏการณ์จากการรบกวนแหล่งก าเนิด แลว้มีการแผก่ระจายพลงังานอนัเป็นผลจากการรบกวนน้ี ส่ิงท่ีคล่ืนพาไปดว้ยคือ พลงังาน หรือการถ่ายโอนพลงังานผา่นตวักลางโดยท่ีตวักลางไม่ไดเ้คล่ือนท่ีไปกบัพลงังานนั้นดว้ย

ชนิดของคลืน่

1. จ าแนกตามลกัษณะการอาศัยตัวกลาง 1.1 คลืน่กล (Mechanical wave) เป็นคล่ืนท่ีเคล่ือนท่ีโดยอาศยัตวักลาง ซ่ึงอาจเป็นของแขง็ ของเหลว หรือแก๊สก็ได ้ตวัอยา่งของคล่ืนกลไดแ้ก่ คล่ืนเสียง คล่ืนท่ีผวิน ้ า คล่ืนในเส้นเชือก เป็นตน้

1.2 คลืน่แม่เหลก็ไฟฟ้า (Electromagnetic waves) เป็นคล่ืนท่ีเคล่ือนท่ีโดยไม่อาศยัตวักลาง สามารถเคล่ือนท่ีในสุญญากาศได ้เช่น คล่ืนแสง คล่ืนวทิยแุละโทรทศัน์ คล่ืนไมโครเวฟ รังสีเอกซ์ รังสีแกมมา เป็นตน้

2. จ าแนกตามลกัษณะการเคลือ่นทีข่องตัวกลาง 2.1 คลืน่ตามขวาง (Transverse wave) เป็นคล่ืนท่ีอนุภาคของตวักลางเคล่ือนท่ีในทิศตั้งฉากกบัทิศการเคล่ือนท่ีของคล่ืน ตวัอยา่งของคล่ืนตามขวางไดแ้ก่ คล่ืนผวิน ้า คล่ืนในขดลวดสปริง(สะบดั) คล่ืนแม่เหล็กไฟฟ้า

2.2 คลืน่ตามยาว (Longitudinal wave) เป็นคล่ืนท่ีอนุภาคของตวักลางเคล่ือนท่ีไปมาในแนวเดียวกบัทิศการเคล่ือนท่ีของคล่ืน ตวัอยา่งของคล่ืนตามยาวไดแ้ก่ คล่ืนเสียง คล่ืนแผน่ดินไหว คล่ืนในขดลวดสปริง(ดึง-อดั)

3. จ าแนกตามลกัษณะการเกิดคลื่น 3.1 คลืน่ดล (Pulse wave) เป็นคล่ืนท่ีเกิดจากแหล่งก าเนิดถูกรบกวนเพียงคร้ังเดียว 3.2 คลืน่ต่อเน่ือง (Continuous wave) เป็นคล่ืนท่ีเกิดจากแหล่งก าเนิดถูกรบกวนเป็นจงัหวะต่อเน่ือง

คลื่นกล หน้าที่ 2

คลืน่ผวิน า้ เป็นคล่ืนกลท่ีเกิดข้ึนเม่ือผิวน ้าถูกรบกวน และมีการถ่ายโอนพลงังานผา่นโมเลกุลของน ้า

1. สันคลืน่ (Crest) เป็นต าแหน่งสูงสุดของคล่ืน หรือเป็นต าแหน่งท่ีมีการกระจดัสูงสุดในทางบวก 2. ท้องคลืน่ (Trough) เป็นต าแหน่งต ่าสุดของคล่ืน หรือเป็นต าแหน่งท่ีมีการกระจดัสูงสุดในทางลบ 3. แอมพลจูิด (Amplitude) เป็นระยะการกระจดัมากสุด ทั้งค่าบวกและค่าลบ 4. ความยาวคลืน่ (wavelength) เป็นความยาวของคล่ืนหน่ึงลูกมีค่าเท่ากบัระยะระหวา่งสันคล่ืนหรือทอ้งคล่ืนท่ีอยูถ่ดักนั ความยาวคล่ืนแทนดว้ยสัญลกัษณ์ มีหน่วยเป็นเมตร (m)

5. ความถี่ (frequency) หมายถึง จ านวนลูกคล่ืนท่ีเคล่ือนท่ีผา่นต าแหน่งใด ๆ ในหน่ึงหน่วยเวลา แทนดว้ยสัญลกัษณ์ มีหน่วยเป็นรอบต่อวนิาที (s-1) หรือ เฮิรตซ์ (Hz)

ความถี่ (f) =

6. คาบ (period) หมายถึง ช่วงเวลาท่ีคล่ืนเคล่ือนท่ีผา่นต าแหน่งใด ๆ ครบหน่ึงลูกคล่ืน แทนดว้ยสัญลกัษณ์ มีหน่วยเป็นวินาทีต่อรอบ (s)

คาบ (T) =

ความสัมพนัธ์ระหว่างความกบัความถี่

f = T

1

7. อตัราเร็วของคลืน่ (wave speed) คือ ระยะทางท่ีคล่ืนเคล่ือนท่ีไดใ้นหน่ึงหน่วยเวลา หาไดจ้าก

อตัราเร็ว (v) =

= t

s

เมื่อคลืน่เคลือ่นทีค่รบ 1 รอบ ระยะทางจะเท่ากบั 1 ความยาวคล่ืน () เวลา เท่ากบั 1 คาบ (T)

ดงันั้น v = T

= f

จ านวนรอบ เวลา

จ านวนรอบ

เวลา

ระยะทาง เวลา

คลื่นกล หน้าที่ 3

Ex 1. จงค านวณหาความถ่ีและคาบของคล่ืนน ้า เม่ือนกัเรียนคนหน่ึงนัง่ท่ีขอบสระน ้า แลว้ใชเ้ทา้กระทุ่มน ้าเป็นจงัหวะสม ่าเสมอ 20 คร้ัง ในเวลา 5 วนิาที

Ex 2. คล่ืนขบวนหน่ึงเคล่ือนท่ีดว้ยความเร็ว 40 เมตร/วินาที และมีความยาวคล่ืน 100 เมตร จงหาวา่ความถ่ีของคล่ืนเป็นเท่าไร

Ex 3. เคร่ืองก าเนิดคล่ืนน ้าในถาดคล่ืนกระทุ่มน ้าเป็นจงัหวะสม ่าเสมอ 120 คร้ังต่อนาที สันคล่ืน 5 สันท่ีอยูถ่ดักนัมีค่า

เท่ากบั 20 เซนติเมตร อยากทราบวา่คล่ืนลูกแรกเคล่ือนท่ีไปกระทบขอบถาดคล่ืนท่ีอยูห่่างออกไป 40 เซนติเมตร จะใชเ้วลาก่ีวนิาที

Ex 4. นกัเรียนคนหน่ึงนัง่ท่ีขอบสระน ้า แลว้ใชเ้ทา้กระทุ่มน ้าเป็นจงัหวะสม ่าเสมอ 2 คร้ังต่อวินาที เม่ือจบัเวลาท่ีคล่ืนลูกแรกเคล่ือนท่ีไปกระทบของสระอีกดน้หน่ึงซ่ึงอยูห่่างไป 24.0 เมตร พบวา่ใชเ้วลา 12 วนิาที จงค านวณหาความยาวคล่ืนน ้าน้ี

คลื่นกล หน้าที่ 4

Ex 5

Ex 6

Ex 7

คลื่นกล หน้าที่ 5

Ex 8

Ex 10

Ex 9

คลื่นกล หน้าที่ 6

Ex 11. จากการทดลองโดยใชถ้าดคล่ืนวดัความยาวของแถบสวา่ง 5 แถบท่ีอยูถ่ดักนัได ้16 เซนติเมตร และคล่ืนมีความเร็ว 0.5 เมตร/วนิาที จงหาเวลาท่ีคล่ืนขบวนน้ีเคล่ือนท่ีผา่นจุดใดๆ จ านวน 80 ลูก

คล่ืนผวิน ้ากระทบฝ่ัง 20 ลูกในเวลา 10 วนิาที ถา้ระยะระหวา่งสันคล่ืนท่ีอยูถ่ดักนั 5 เมตร คล่ืนผวิน ้ามีอตัราเร็วเท่าใด

คล่ืนผวิน ้าระยะระหวา่งสันคล่ืนถึงทอ้งคล่ืนท่ีอยูถ่ดักนั 5 เมตร คล่ืนผวิน ้ามีอตัราเร็ว 20 เมตร/วนิาที คล่ืนผวิน ้าน้ีเคล่ือนท่ีผา่นต าแหน่งใด ๆ นาทีละก่ีลูก

Ex 14. เคร่ืองก าเนิดคล่ืนน ้าในถาดคล่ืนกระทุ่มน ้าเป็นจงัหวะสม ่าเสมอ 150 คร้ังต่อนาที เม่ือจบัเวลาท่ีคล่ืนลูกแรกเคล่ือนท่ีไปกระทบขอบถาดคล่ืนท่ีอยูห่่างออกไป 80 เซนติเมตร พบวา่ใชเ้วลา 16 วนิาที อยากทราบวา่สันคล่ืน 5 สันท่ีอยูถ่ดักนัมีค่าเท่าไร

Ex 12.

Ex 13.

คลื่นกล หน้าที่ 7

8. เฟส(phase) เป็นค าที่ใช้เรียกต าแหน่งต่าง ๆ บนคลื่น โดยมีความสัมพันธ์กับการกระจัดของการเคลื่อนที่ของคลื่น มีหน่วยเป็น เรเดยีน หรือองศา

เฟสตรงกนั คือ ต าแหน่งของจุด 2 จุดบนคลื่นซึ่งอยู่ห่างกันเท่ากับระยะหนึ่งความยาวคลื่น ต าแหน่งทั้งสองมีการกระจัดเท่ากันและมีทิศทางเดียวกัน เช่น สันกับสัน ท้องกับท้อง เฟสตรงข้ามกนั ต าแหน่งของจุด 2 จุดบนคลื่นซึ่งอยู่ห่างกันเท่ากับระยะครึ่งความยาวคลื่น ต าแหน่งทั้งสองมีการกระจัดเท่ากันแต่มีทิศตรงข้ามกัน เช่น สันกับท้อง

คลื่นกล หน้าที่ 8

ความตา่งเฟส

คลื่นกล หน้าที่ 9

คลื่นกล หน้าที่ 10