สมบัติของคลื่น

1. สมบัติของคลื่น

2. ถาดคลื่น(Ripple tank) • ส่วนประกอบที่สำคัญของถาดคลื่น • ตัวถาดคลื่น • ตัวกำเนิดคลื่น • โคมไฟ

3. ถาดคลื่น(Ripple tank) • ส่วนประกอบที่สำคัญของถาดคลื่น • จุดกึ่งกลางของแถบมืดแทนตำแหน่งของท้องคลื่น • จุดกึ่งกลางของแถบสว่างแทนตำแหน่งของสันคลื่น

4. หน้าคลื่น(Wave front) • แนวทางเดินของตำแหน่งบนคลื่นที่มีเฟสเท่ากัน • หน้าคลื่นตรง การทดลองเสมือนจริง

5. หน้าคลื่น(Wave front) • แนวทางเดินของตำแหน่งบนคลื่นที่มีเฟสเท่ากัน • หน้าคลื่นวงกลม การทดลองเสมือนจริง

6. หน้าคลื่น(Wave front) • ลักษณะของหน้าคลื่น • คลื่นหน้าตรงทิศทางคลื่นขนานกัน • คลื่นหน้าโค้งวงกลมทิศทางคลื่นเป็นแนวรัศมีของวงกลม • ทิศทางคลื่นจะตั้งฉากกับหน้าคลื่นเสมอ • หน้าคลื่นที่ติดกันจะห่างกันเท่ากับความยาวคลื่น( l )

7. การซ้อนทับของคลื่น(Superposition of wave) • การซ้อนทับหรือการรวมกันของคลื่น • การรวมกันแบบเสริม(Constructive Superposition) • การกระจัดของคลื่นอยู่ในทิศเดียวกัน

8. การซ้อนทับของคลื่น(Superposition of wave) • การซ้อนทับหรือการรวมกันของคลื่น • การรวมกันแบบเสริม(Constructive Superposition) • สันคลื่นเจอกับสันคลื่น การทดลองเสมือนจริง

9. การซ้อนทับของคลื่น(Superposition of wave) • การซ้อนทับหรือการรวมกันของคลื่น • การรวมกันแบบเสริม(Constructive Superposition) • ท้องคลื่นเจอกับท้องคลื่น

10. การซ้อนทับของคลื่น(Superposition of wave) • การซ้อนทับหรือการรวมกันของคลื่น • การรวมกันแบบหักล้าง(Destructive Superposition) • การกระจัดของคลื่นอยู่ในทิศทางตรงข้ามกัน

11. การซ้อนทับของคลื่น(Superposition of wave) • การซ้อนทับหรือการรวมกันของคลื่น • การรวมกันแบบหักล้าง(Destructive Superposition) • การกระจัดของคลื่นอยู่ในทิศทางตรงข้ามกัน การทดลองเสมือนจริง

12. สมบัติของคลื่น • การเคลื่อนที่แบบคลื่น ต้องมีสมบัติ 4 ประการ • การสะท้อน(Reflection) • การหักเห(Refraction) • การแทรกสอด(Interference) • การเลี้ยวเบน(Diffraction)

13. การสะท้อนของคลื่น(Reflection of Wave) • การสะท้อนของคลื่นในเส้นเชือกเมื่อจุดสะท้อนเป็นจุดตรึงแน่น • เฟสเปลี่ยน 180 องศา(เฟสตรงข้ามกัน) • การสะท้อนของคลื่นในเส้นเชือกเมื่อจุดสะท้อนอิสระ • เฟสไม่เปลี่ยน (เฟสตรงกัน) การทดลองเสมือนจริง

14. การสะท้อนของคลื่น • การสะท้อนของคลื่นผิวน้ำ • เฟสของคลื่นสะท้อนจะไม่เปลี่ยน การทดลองเสมือนจริง

15. การสะท้อนของคลื่น • การสะท้อนของคลื่นผิวน้ำ • มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน(q1 = q2)

16. การสะท้อนของคลื่น

17. การสะท้อนของคลื่น • คลื่นวงกลมสะท้อนจากผิวสะท้อนเรียบตรง การทดลองเสมือนจริง

18. การสะท้อนของคลื่น • หน้าคลื่นวงกลมอยู่ที่จุดโฟกัสสะท้อนจากผิวสะท้อนจากผิวพาราโบลา

19. การสะท้อนของคลื่น • หน้าคลื่นเส้นตรงสะท้อนจากผิวสะท้อนพาราโบลา

20. การหักเหของคลื่น(Refraction of Wave)

21. การหักเหของคลื่น(Refraction of Wave) • คลื่นเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางต่างชนิดกัน • อัตราเร็ว ของคลื่นและความยาวคลื่น เปลี่ยนแปลงแต่ ความถี่ คงเดิม

22. การหักเหของคลื่น(Refraction of Wave) • คลื่นเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางต่างชนิดกัน • ทิศทางของคลื่นตั้งฉากกับรอยต่อ การทดลองเสมือนจริง

23. การหักเหของคลื่น(Refraction of Wave) • คลื่นเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางต่างชนิดกัน • ทิศทางของคลื่นไม่ตั้งฉากกับรอยต่อ การทดลองเสมือนจริง

24. การหักเหของคลื่น(Refraction of Wave) • พิจารณาการหักเหของคลื่นน้ำที่รอยต่อของน้ำลึกกับน้ำตื้น “กฎของสเนล”

25. การหักเหของคลื่น(Refraction of Wave) • ลักษณะการหักเหของคลื่น • จากบริเวณน้ำตื้นไปสู่น้ำลึก คลื่นเคลื่อนที่จากน้ำตื้น(v น้อย ,น้อย) สู่น้ำลึก (v มาก ,มาก) ทิศทางคลื่นหักเหจะเบนออกจากเส้นแนวฉาก

26. พระเจ้า จ๊อด มันยอดมาก การหักเหของคลื่น(Refraction of Wave) • ลักษณะการหักเหของคลื่น • จากบริเวณน้ำลึกไปสู่น้ำตื้น คลื่นเคลื่อนที่จากน้ำลึก(v มาก ,มาก) สู่น้ำตื้น (v น้อย ,น้อย) ทิศทางคลื่นหักเหจะเบนเข้าหาเส้นแนวฉาก

27. การสะท้อนกลับหมด “มุมวิกฤต” ( Critical Angle ; c ) การหักเหของคลื่น(Refraction of Wave) • มุมวิกฤตและการสะท้อนกลับหมด • เมื่อคลื่นผิวน้ำเคลื่อนที่จากบริเวณ น้ำตื้นเข้าสู่บริเวณน้ำลึก • มุมตกกระทบที่ทำให้เกิดมุมหักเหมีค่าเท่ากับ 90 เรียกว่า มุมวิกฤต • มุมตกกระทบโตมากกว่ามุมวิกฤต จะเกิดการสะท้อนขึ้นที่รอยต่อของตัวกลางทั้งสอง เรียกปรากฏการณ์นี้ว่าการสะท้อนกลับหมด การทดลองเสมือนจริง

28. คิก ๆ ตายแน่ ริ้วของการแทรกสอด(Interference pattern) การแทรกสอดของคลื่น(Interference of Wave) • แหล่งกำเนิดอาพันธ์(Coherent Source) • ความถี่เท่ากัน และเฟสตรงกัน การทดลองเสมือนจริง

29. โอ้ย ; อะไรกันเนี่ย การแทรกสอดแบบเสริม(Constructive Interference) การแทรกสอดแบบหักล้าง(Destructive Interference) การแทรกสอดของคลื่น(Interference of Wave) • แหล่งกำเนิดอาพันธ์(Coherent Source)

30. เส้นปฎิบัพ(Antinode line) การแทรกสอดแบบเสริม S1P - S2P = nג การแทรกสอดแบบหักล้าง S1Q-S2Q = [n-(1/2)] ג Path diff เส้นบัพ(Node line) การแทรกสอดของคลื่น(Interference of Wave) • แหล่งกำเนิดอาพันธ์(Coherent Source)

31. โฮ ๆๆ การแทรกสอดของคลื่น(Interference of Wave) • แหล่งกำเนิดอาพันธ์(Coherent Source) • พิสูจน์การแทรกสอดแบบเสริม Path diff = 0 ג Path diff = 1 ג Path diff = 2 ג . . . Path diff = n ג ; n = 0 , 1 , 2 , 3 , …

32. การแทรกสอดของคลื่น(Interference of Wave) • แหล่งกำเนิดอาพันธ์(Coherent Source) • พิสูจน์การแทรกสอดแบบหักล้าง Path diff = (1/2) ג Path diff = (3/2) ג Path diff = (5/2) ג . . . Path diff = [n-(1/2)]ג ; n = 1 , 2 , 3 , …

33. การแทรกสอดของคลื่น(Interference of Wave) • แหล่งกำเนิดอาพันธ์(Coherent Source) • พิสูจน์การแทรกสอดแบบหักล้าง Path diff = (1/2) ג Path diff = (3/2) ג Path diff = (5/2) ג . . . Path diff = [n-(1/2)]ג ; n = 1 , 2 , 3 , …

34. การแทรกสอดของคลื่น(Interference of Wave) • การแทรกสอดของคลื่นที่จุด P ซึ่งไกลมากจาก แหล่งกำเนิดคลื่น S1 ,S2 dsinӨ ถ้าจุด P เป็นจุดปฎิบัพ จะประมาณได้ว่า dsin Ө = nג; n = 0 , 1 , 2 , 3 , … ถ้าจุด P เป็นบัพ จะประมาณได้ว่า dsin Ө = [n-(1/2)]ג; n = 1 , 2 , 3 , …

35. โฮะ ๆ ง่ายมั่ก ๆ การแทรกสอดของคลื่น(Interference of Wave) • เส้นปฎิบัพและเส้นบัพเมื่อเฟสตรงและเฟสตรงกันข้าม การทดลองเสมือนจริง

36. ว้าว ๆ ๆ ๆ ๆ สรุปสูตรการแทรกสอด • เมื่อเฟสตรงกัน • เสริมกัน(ปฎิบัพ) • หักล้างกัน(บัพ)

37. รักฟิสิกส์จังเลย สรุปสูตรการแทรกสอด • เมื่อเฟสตรงกันข้าม • เสริมกัน(ปฎิบัพ) • หักล้างกัน(บัพ)

38. การเลี้ยวเบนของคลื่น(Diffraction of Wave) • การเลี้ยวเบนของคลื่น • ความยาวคลื่น ความถี่ และอัตราเร็วเท่าเดิม การทดลองเสมือนจริง การเลี้ยวเบนของคลื่นผ่านสิ่งกีดขวาง

39. การเลี้ยวเบนของคลื่น(Diffraction of Wave) • การเลี้ยวเบนของคลื่น • ความยาวคลื่น ความถี่ และอัตราเร็วเท่าเดิม เมื่อคลื่นผ่านสิ่งกีดขวางหรือช่องเปิดแคบ ๆ จะเกิดการเลี้ยวเบนมากยิ่งขึ้น ถ้าช่องเปิดนี้มีความกว้างเท่ากับหรือน้อยกว่าความยาวคลื่น แล้วคลื่นจะแผ่ออกจากช่องเปิดนั้นโดยรอบ ช่องเปิดนี้เรียกว่า สลิต(เปรียบเสมือนแหล่งกำเนิดวงกลม) การเลี้ยวเบนของคลื่นผิวน้ำผ่านช่องแคบหรือสลิตเดี่ยว

40. การเลี้ยวเบนของคลื่น(Diffraction of Wave) • หลักของฮอยเกนส์(Huygen’s principal) • ใช้อธิบายปรากฏการณ์เลี้ยวเบนของคลื่น มีใจความว่า “ทุก ๆ จุดบนหน้าคลื่นถือได้ว่าเป็นต้นกำเนิดของคลื่นใหม่ ซึ่งให้กำเนิดคลื่นวงกลมที่มีเฟสเดียวกัน เคลื่อนที่ไปในทิศเดียวกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่นนั้น”

41. การเลี้ยวเบนของคลื่น(Diffraction of Wave) • หลักของฮอยเกนส์(Huygen’s principal) • อธิบายปรากฏการณ์เลี้ยวเบนของคลื่น

42. การเลี้ยวเบนของคลื่น(Diffraction of Wave) • การเลี้ยวเบนของคลื่นน้ำผ่านช่องเปิดเดี่ยว • หน้าคลื่นที่ผ่านช่องเปิดเดี่ยวไปได้นั้นทุก ๆ จุดจำทำหน้าที่เสมือนเป็นจุดกำเนิดคลื่นกระจายคลื่นไปเสริมหรือหักล้างกันเกิดเป็นแนวบัพและแนวปฎิบัพขึ้น การทดลองเสมือนจริง

43. การเลี้ยวเบนของคลื่น(Diffraction of Wave) • การเลี้ยวเบนของคลื่นน้ำผ่านช่องเปิดเดี่ยว • เกิดการแทรกสอดแบบหักล้าง(บัพ) • เกิดการแทรกสอดแบบเสริม(ปฏิบัพ) Path diff = nג dsin Ө = nג ; n = 1 , 2 , 3 , … Path diff = [n+(1/2)] ג dsin Ө = [n+(1/2)]ג ; n = 1 , 2 , 3 , …

44. การเลี้ยวเบนของคลื่น(Diffraction of Wave) • การเลี้ยวเบนของคลื่นน้ำผ่านช่องเปิดคู่(สลิตคู่) • จากแหล่งกำเนิดที่มีเฟสตรงกัน การทดลองเสมือนจริง

45. การเลี้ยวเบนของคลื่น(Diffraction of Wave) • สูตรการคำนวณแนวปฎิบัพและแนวบัพจากช่องเปิดคู่ • แนวปฎิบัพ • แนวบัพ Path diff = nג dsin Ө = nג ; n = 0 , 1 , 2 , 3 , … Path diff = [n-(1/2)] dsin Ө = [n-(1/2)]ג ; n = 1 , 2 , 3 , …

46. คลื่นนิ่ง(standing Wave) • คลื่น2 ขบวนมีแอมพลิจูด,ความยาวคลื่น,อัตราเร็วเท่ากัน เคลื่อนที่สวนทางกันในแนวเส้นตรงเดียวกัน จะเกิดการรวมกัน

47. คลื่นนิ่ง(standing Wave) • คลื่น2 ขบวนมีแอมพลิจูด,ความยาวคลื่น,อัตราเร็วเท่ากัน เคลื่อนที่สวนทางกันในแนวเส้นตรงเดียวกัน จะเกิดการรวมกัน วีดีโอ

48. คลื่นนิ่ง(standing Wave) • คลื่นนิ่งในเส้นเชือก วีดีโอ

49. คลื่นนิ่ง(standing Wave) • คลื่นนิ่งในเส้นเชือก • จากสมการ แอมพลิจูดของตัวกลางมีค่าน้อยที่สุดเมื่อ • ดังนั้น • เนื่องจาก • จะได้ • ตำแหน่งที่แอมพลิจูดเป็นศูนย์เรียกว่า nodes

50. คลื่นนิ่ง(standing Wave) • คลื่นนิ่งในเส้นเชือก • ตำแหน่งของตัวกลางที่มีการกระจัดสูงสุดเรียกว่า antinodes • จากสมการ ตำแหน่งของอนุภาคของตัวกลางมีการกระจัดสูงสุดเมื่อ • ดังนั้น • เนื่องจาก • จะได้