หน่วยการเรียนรู้ที่ 3 เรื่อง คลื่น ( waves )

1. หน่วยการเรียนรู้ที่ 3เรื่อง คลื่น (waves) วิทยาศาสตร์ (ว 40216 ) ฟิสิกส์ ม.6

2. คลื่น (waves) • 1. คลื่น (waves) • 2. สมบัติของคลื่น (property of waves) • 3. คลื่นเสียง (sound waves) • 4. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic)

3. 2. สมบัติของคลื่น (property of waves)

4. ผลการเรียนรู้ • 1. อธิบายการสะท้อนและการหักเหของคลื่นได้ • 2. อธิบายการแทรกสอดและการเลี้ยวเบนของคลื่นได้

5. 2. สมบัติของคลื่น (property of waves) • 1. การสะท้อนของคลื่น (reflection of waves) • 1.1 การสะท้อนของคลื่นในเส้นเชือก • 1.2 การสะท้อนของคลื่นบนผิวน้ำ • 2. การหักเหของคลื่น (refraction of waves) • 2.1 มุมวิกฤติ • 2.2 การหักเหของคลื่นในเส้นเชือก • 3. การแทรกสอดของคลื่น (interference) • 4. การเลี้ยวเบนของคลื่น (diffraction of waves)

6. การสะท้อนของคลื่น (reflection of waves)

7. 1. การสะท้อนของคลื่น (reflection of waves) • 1.1 การสะท้อนของคลื่นในเส้นเชือก • 1.2 การสะท้อนของคลื่นบนผิวน้ำ

8. 1. การสะท้อนของคลื่น (Reflection) • เมื่อคลื่นเคลื่อนที่จากตัวกลางหนึ่งไปยังรอยต่อของอีกตัวกลางหนึ่ง คลื่นจะเคลื่อนที่ย้อนกลับมาในตัวกลางเดิม เราเรียกปรากฏการณ์นี้ว่า การสะท้อนของคลื่น • สรุปกฎการเคลื่อนที่ของคลื่นได้ดังนี้ • 1. แนวคลื่นตกกระทบ แนวคลื่นสะท้อน และแนวปกติ อยู่บนระนาบอันเดียวกัน • 2. มุมคลื่นตกกระทบ = มุมคลื่นสะท้อน

9. Law of Reflection http://www.users.zetnet.co.uk/computing/MainPage/SecDepts/Physics/Resources/Glossary/Reflection.html

10. Reflection of Waves http://tonydude.net/NaturalScience100/chapters/chapter27/chapter27.html

11. 1.1 การสะท้อนของคลื่นในเส้นเชือก Reflection at a fixed enda phase change occurs Reflection at a free endno phase change occurs http://www.saburchill.com/physics/chapters2/0004.html

12. 1.1 การสะท้อนของคลื่นในเส้นเชือก http://www.physicsclassroom.com/Class/waves/U10L3a.html

13. 1.2 การสะท้อนของคลื่นบนผิวน้ำ • การสะท้อนของคลื่นบนผิวน้ำ มีลักษณะคล้ายกับการสะท้อนที่ปลายอิสระของคลื่นในเส้นเชือก • เพราะฉะนั้น คลื่นผิวน้ำจะสะท้อนโดยไม่กลับเฟส http://www.cord.edu/dept/physics/p128/lecture99_33.html

14. Ripple Tank http://www.gscscientific.com/1871.html

15. Ripple Tank • อุปกรณ์ชุดนี้ออกแบบมาเพื่อใช้อธิบายลักษณะและสมบัติของคลื่นผิวน้ำ ได้แก่ • ส่วนประกอบของคลื่น • การเคลื่อนที่ของคลื่นจากจุดกำเนิดแบบต่างๆ • การสะท้อนของคลื่น • การหักเหของคลื่น • การแทรกสอดของคลื่น • การเลี้ยวเบนของคลื่น • ตัวถาดเป็นพลาสติก AS ใสเหนียว แข็งแรงทนทาน ไม่มีรอยต่อ ไม่รั่ว เพราะฉีดเป็นแผ่นเดียวกัน • ขอบถาดเป็นพลาสติก ABS ฉีดเฉพาะจึงประกอบได้พอเหมาะแข็งแรงทนทาน • โคมไฟทำจากพลาสติก Nylon Six ทนความร้อนสูง เสาตั้งโคมไฟมีความแข็งแรงยึดโคมไฟไม่ให้สั่นขณะทดลอง • ชุดกำเนิดคลื่นประกอบด้วยมอเตอร์12 V.DC อย่างดีและมีชุดควบคุมความเร็วมอเตอร์ทำให้ปรับความถี่ได้ตามความต้องการ • ขาถาดสามารถปรับระดับได้ทั้ง 4 ขา มีอุปกรณ์ประกอบครบถ้วน สำหรับทุกการทดลอง http://www.intellect.co.th/catalog/showproduct.php?idc=1&ids=1&id=52

16. การหักเหของคลื่น (refraction of waves)

17. 2. การหักเหของคลื่น (refraction of waves) • 2.1 มุมวิกฤติ • 2.2 การหักเหของคลื่นในเส้นเชือก

18. 2. การหักเหของคลื่น (refraction of waves) การหักเหของคลื่น (refraction of waves) เกิดขึ้นที่ผิวรอยต่อของตัวกลาง 2 ชนิด กฎการหักเหมี 2 ข้อ ดังนี้ • 1. รังสีตกกระทบ รังสีหักเห และเส้นปกติอยู่บนระนาบเดียวกัน • 2. เป็นไปตามกฎของสเนลล์ดังนี้

19. 2. การหักเหของคลื่น (refraction of waves) • การหักเหของคลื่น (refraction) เกิดเมื่อคลื่นเคลื่อนที่ผ่านรอยต่อระหว่างตัวกลางที่มีคุณสมบัติต่างกัน แล้วทำให้อัตราเร็วของคลื่นเปลี่ยนไป • เช่น เมื่อคลื่นผิวน้ำเคลื่อนที่ผ่าน บริเวณน้ำลึกกับบริเวณน้ำตื้น โดยทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่นไม่ตั้งฉากกับรอยต่อ คลื่นที่ผ่านเข้าไปบริเวณน้ำตื้น จะมีความยาวคลื่นเปลี่ยนแปลงและทิศการเคลื่อนที่ของคลื่นก็เปลี่ยนแปลงด้วย ทำให้อัตราเร็วเปลี่ยนแปลงด้วย แต่ความถี่ของคลื่นมีค่าเท่าเดิม • แต่หากทิศของคลื่นตั้งฉากกับรอยต่อ ก็จะไม่เกิดการหักเหของคลื่น • มุมวิกฤติ คือ มุมตกกระทบที่ทำให้มุมหักเห มีค่าเท่ากับ 90 องศา • ตัวอย่างการหักเห เช่น เมื่อเรามองดินสอภายในแก้วที่มีน้ำ จะเห็นเป็นรอยต่อคล้ายดินสอหักต่อกัน เป็นเพราะคลื่นแสงเกิดการหักเห เมื่อเคลื่อนที่จากอากาศ สู่แก้วและน้ำ ตามลำดับ

20. Refraction of Waves http://tonydude.net/NaturalScience100/chapters/chapter27/chapter27.html

21. Refraction of Waves http://www.searchanddiscovery.com/documents/geophysical/zimmerman/images/fig02.htm

22. Refraction of Waves http://physics.mtsu.edu/~phys2020/Lectures/L1-L5/L1/Snell_s_Law/snell_s_law.html

23. http://theory.uwinnipeg.ca/users/gabor/foundations/electro/slide8.htmlhttp://theory.uwinnipeg.ca/users/gabor/foundations/electro/slide8.html

24. http://61.19.121.179/elearning/mod/resource/view.php?id=605&MoodleSessionkrmoodle=115f05e13131bd09e77f516bdc00bc27http://61.19.121.179/elearning/mod/resource/view.php?id=605&MoodleSessionkrmoodle=115f05e13131bd09e77f516bdc00bc27

25. ตัวอย่างที่ 1 (น.165) คลื่นชนิดหนึ่งเคลื่อนที่มาในอากาศด้วยความเร็ว 300 m/s ตกกระทบผิวน้ำ ทำมุม 37 องศา คลื่นนี้มีอัตราเร็วในน้ำ 400 m/s จงหามุมหักเห • วิธีทำ กฎของสเนลล์ V1 / V2 = sin 1 / sin 2

26. 2. การหักเหของคลื่น (refraction of waves) • การหักเหของคลื่น (refraction) เกิดเมื่อ คลื่นเคลื่อนที่ผ่านรอยต่อระหว่างตัวกลางที่มีคุณสมบัติต่างกัน แล้วทำให้อัตราเร็วของคลื่นเปลี่ยนไป • เช่น เมื่อคลื่นผิวน้ำเคลื่อนที่ผ่าน บริเวณน้ำลึกกับบริเวณน้ำตื้น โดยทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่นไม่ตั้งฉากกับรอยต่อ http://tonydude.net/NaturalScience100/chapters/chapter27/chapter27.html

27. 2. การหักเหของคลื่น (refraction of waves) • คลื่นที่ผ่านเข้าไปบริเวณน้ำตื้น จะมีความยาวคลื่นเปลี่ยนแปลงและทิศการเคลื่อนที่ของคลื่นก็เปลี่ยนแปลงด้วย ทำให้อัตราเร็วเปลี่ยนแปลงด้วย แต่ความถี่ของคลื่นมีค่าเท่าเดิม http://www.rpi.edu/dept/phys/ScIT/InformationTransfer/reflrefr/rr_content/refraction_40.html

28. 2. การหักเหของคลื่น (refraction of waves) • แต่หากทิศของคลื่นตั้งฉากกับรอยต่อ ก็จะไม่เกิดการหักเหของคลื่น http://www.rpi.edu/dept/phys/ScIT/InformationTransfer/reflrefr/rr_content/refraction_40.html

29. Ray OpticsThe Broken Pencil • ตัวอย่างการหักเห เช่น เมื่อเรามองดินสอภายในแก้วที่มีน้ำ • จะเห็นเป็นรอยต่อคล้ายดินสอหักต่อกัน • เป็นเพราะคลื่นแสงเกิดการหักเห • เมื่อเคลื่อนที่จากอากาศ สู่แก้วและน้ำ ตามลำดับ http://www.physicsclassroom.com/Class/refrn/u14l2b.html

30. refraction of waves http://www.physicsclassroom.com/Class/refrn/u14l2b.html

31. refraction of waves http://www.physicsclassroom.com/Class/refrn/u14l2b.html

32. refraction of waves http://www.physicsclassroom.com/Class/refrn/u14l2b.html

33. 2.1 มุมวิกฤติ (Critical angle) • มุมวิกฤติ คือ มุมตกกระทบที่ทำให้มุมหักเห มีค่าเท่ากับ 90 องศา http://www.rpi.edu/dept/phys/ScIT/InformationTransfer/reflrefr/rr_content/refraction_40.html

34. Critical angle http://www.rpi.edu/dept/phys/ScIT/InformationTransfer/reflrefr/rr_content/refraction_40.html

35. การสะท้อนกลับหมด • เมื่อทำให้มุมตกกระทบมีค่ามากกว่ามุมวิกฤติ จะเกิดการสะท้อนกลับหมด http://www.rpi.edu/dept/phys/ScIT/InformationTransfer/reflrefr/rr_content/refraction_40.html

36. http://www.physicsclassroom.com/Class/refrn/u14l2b.html

37. http://www.cartage.org.lb/en/themes/Sciences/Physics/Optics/OpticalInstruments/PrismandCritical/prismcriticalangle/prismcriticalangle.htmlhttp://www.cartage.org.lb/en/themes/Sciences/Physics/Optics/OpticalInstruments/PrismandCritical/prismcriticalangle/prismcriticalangle.html

38. 2.2 การหักเหของคลื่นในเส้นเชือก • การหักเหของคลื่นในเส้นเชือกก็ใช้ กฎของสเนลล์ ได้เช่นกัน โดยคำนวณจากสมการ http://www.physics.purdue.edu/cdf/241lecturesFall99/lc22/lc22_7.gif

39. Snell's Law http://www.haverford.edu/physics-astro/songs/snell.htm

40. Snell's Law http://www.jracademy.com/~mbasteaf/CyberPhysics/glossary.htm

41. ตัวอย่างแบบฝึกหัด • 1. คลื่นชนิดหนึ่งเคลื่อนที่มาในอากาศด้วยอัตราเร็ว 300 m/s ตกกระทบผิวน้ำ ทำมุมตกกระทบ 370 คลื่นนี้มีอัตราเร็วในน้ำ 400 m/s จงหามุมหักเห (530) • 2. คลื่นมีอัตราเร็ว 10 m/s ในตัวกลางตัวที่ 1 และมีอัตราเร็ว 20 m/s ในตัวกลางตัวที่ 2 จงหามุมวิกฤติ (300) • 3. คลื่นในเชือกเส้นเล็ก มีอัตราเร็ว 100 m/s ตกกระทบจุดที่ผูกติดกับเชือกเส้นใหญ่ ถ้าคลื่นหักเหในเชือกเส้นใหญ่มีอัตราเร็ว 80 m/s จงหา • ความถี่ของคลื่นในเชือกเส้นเล็กและในเชือกเส้นใหญ่ (2,500 Hz) • ความยาวคลื่นในเชือกเส้นใหญ่ (0.032 m) • วาดรูปแสดงคลื่นสะท้อนและคลื่นหักเห

42. การแทรกสอดของคลื่น (Interference of waves)

43. 3. การแทรกสอดของคลื่น (interference) • Interference เกิดเมื่อคลื่น 2 ขบวนที่เหมือนกันทุกประการ ที่มีแหล่งกำเนิดเหมือนกัน เคลื่อนที่มาพบกันทำให้เกิดการซ้อนทับกัน • หลักการรวมกันของคลื่น มี 2 ข้อ • 1. การกระจัดของคลื่นรวมกันแบบเวกเตอร์ • 2. รูปร่างของคลื่นเปลี่ยนไปขณะรวมกัน แต่หลังรวมกันแล้วคลื่นมีรูปร่างเหมือนก่อนรวมกัน

44. 3. การแทรกสอดของคลื่น (interference) • Interference เกิดเมื่อคลื่น 2 ขบวนที่เหมือนกันทุกประการ ที่มีแหล่งกำเนิดเหมือนกัน เคลื่อนที่มาพบกันทำให้เกิดการซ้อนทับกัน • หากสันคลื่นกับสันคลื่นหรือท้องคลื่นกับท้องคลื่นเคลื่อนที่มาซ้อนทับกัน แอมพลิจูดของคลื่นทั้งสองจะเสริมกัน เรียกว่า เกิดการแทรกสอดแบบเสริมกัน เรียกตำแหน่งที่มีการกระจัดมากที่สุดว่า ปฏิบัพ (antinode) • ส่วนตำแหน่งที่สันคลื่นพบท้องคลื่น แอมพลิจูดทั้งสองจะหักล้างกัน เรียกว่า การแทรกสอดแบบหักล้าง และเรียกตำแหน่งที่มีการกระจัดน้อยที่สุดนี้ว่า บัพ (node) • ตัวอย่าง ของการแทรกสอดของคลื่น เช่น การติดตั้งลำโพงเสียงที่ใกล้กัน ทำให้เสียงจากสองแหล่งเกิดการแทรกสอดฟัง ผู้ฟังที่อยู่ตำแหน่งบัพจะไม่ได้ยินเสียง ขณะที่ผู้อยู่ตำแหน่งปฏิบัพ ได้ยินเสียงดังเกินไป

45. Interference http://www.teachingtools.com/Slinky/activ2.html

46. Interference http://www.glenbrook.k12.il.us/gbssci/phys/Class/sound/u11l5c.html

47. Interference • When waves overlap each other it is called interference. • This is divided into constructive and destructive interference.

48. Constructive interference : the waves line up perfectly and add to each others’ strength. http://en.wikibooks.org/wiki/Waves_(Physics_Study_Guide)

49. Destructive interference : the two waves cancel each other out, resulting in no wave. http://en.wikibooks.org/wiki/Waves_(Physics_Study_Guide)

50. http://micro.magnet.fsu.edu/primer/lightandcolor/interferenceintro.htmlhttp://micro.magnet.fsu.edu/primer/lightandcolor/interferenceintro.html