คลื่นกล

คลื่น หมายถึง ลักษณะของการถูกรบกวนจากแหล่งกำเนิด ที่มีการแผ่กระจาย เคลื่อนที่ออกไป ในลักษณะของการกวัดแกว่ง หรือกระเพื่อม และมีการส่งถ่ายโอนพลังงานแผ่ออกไปด้วย

คลื่นกล หมายถึง การแผ่คลืนหรือการถ่ายโอนพลังงานของคลื่นต้องมีโมเลกุลหรืออนุภาคตัวกลางเป็นตัวถ่ายโอนพลังงานจึงจะทำให้คลื่นแผ่ออกไปได้

ดังนั้นคลื่นกลจะเดินทางและส่งผ่านพลังงานจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งในตัวกลาง โดยไม่ทำให้เกิดการเคลื่อนตำแหน่งอย่างถาวรของอนุภาคตัวกลาง เพราะตัวกลางไม่ได้เคลื่อนที่แต่จะสั้นไปมารอบจุดสมดุล ต่างจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เดินทางโดยไม่ต้องอาศัยตัวกลาง

ค่าที่ใช้ในการระบุรูปร่างของคลื่น คือ ความถี่ (Hz) ความยาวคลื่น (λ) แอมพลิจูด (A) คาบ (T) การกระจัด (S) ความเร็วคลื่น (v)

คำว่า เฟส (Phase) หมายถึง การบอกตำแหน่งบนคลื่นที่มีการกระจัดๆหนึ่ง นิยมบอกเป็นค่าของมุม เช่น จุด ก มีเฟสเท่ากับ 90 องศา หรือ "พายส่วนสอง" และเฟสสองเฟสจะตรงกันก็เพราะว่ามีทิศการกระจัดทิศเดียวกัน

คำว่า ลูกคลื่น (Loop) หมายถึง สั้นคลื่น หรือท้องคลื่น ซึ่งมีความยาวเป็นครี่งหนึ่งของความยาวคลื่น

แนวสันคลื่นหรือท้องคลื่นที่มีเฟสตรงกันของคลื่นต่อเนื่อง เรียกว่า หน้าคลื่น

คลื่นความถี่ 2 Hz คือ คลื่นเดินทางได้สองรอบ(หรือ 4 ลูกคลื่น)ต่อ 1 วินาที นั้นคือ คลี่นนี้คาบหนึ่งได้ 0.5 วินาที ดังนั้น

T = 1/f หรือ f = 1/T

                                        เมื่อ f คือจำนวนรอบต่อวินาที รอบหนึ่งมีความยาว λ  เมตร
                                                         ดังนั้นความเร็วของคลื่นคือ  v = f λ

                                          คลื่นกลแบบต่างๆ

คลื่นกลที่เกิดจากการสั้น เช่น การแกว่งของลูกตุ้ม ความถี่ของคลื่นไม่ขึ้นอยู่กับความเร็ว(v) หรือ ขนาดมุม
( ) ของการแกว่ง แต่อยู่กับความยาวของเชือก(l)หรือแขนที่ตึงลูกต้มนั้นไว้ ดังสมการ

ความถี่นี้เรียกว่า ความถี่ธรรมชาติ เช่นเดียวกับกรณีของสปริง

k คือ ค่าคงตัวสปริง(N/m), m คือ มวลของวัตถุ(Kg)

หากพิจารณากราฟการกระจัด(S) กับ เวลา(t) ของคลื่นกลจะมีลักษณะเป็นการเคลื่อนที่ แบบฮามอนิกอย่างง่าย ดังนั้นการกระจัดตามแนวตั้งมีความสัมพันธ์ดังสมการของกราฟฟังก์ชันไซน์ เมื่อคลื่นนั้น เรเดียน แอมพลิจูด A เมตร หรือ ความเร็ว red/s

S = Asin หรือ S = Asin t

คลื่นแบ่งตามการสั่นของตัวกลางกับทิศทางการแผ่คลื่นได้ 2 ชนิดคือ
1. คลื่นตามขวาง การสั่นของตัวลางมีทิศตรงข้ามกับการแผ่คลื่น
2. คลื่นตามยาว การสั่นของตัวลางมีทิศเดียวกันกับการแผ่คลื่น
ถ้าแบ่งตามความต่อเนื่องของแหล่งกำเนิดได้สองแบบคือ
1. คลื่นดล คลื่นมีการรบกวนระยะเวลาหนึ่งทำให้เกิดลูกคลื่นไม่กี่ลูก
2. คลื่นต่อเนื่อง คลื่นมีการรบกวนอยู่ตลอดเวลา

ถ้าคลื่นสองคลื่นมีแอมพลิจูดเท่ากันและความถี่เดียวกัน แต่เคลื่อนที่ในทิศทางตรงกันข้าม จะมีบางจุดในตัวกลางที่อนุภาคมีแอมพลิจูดสูงสุด และมีบางจุดซึ่งอนุภาคตัวกลางมีการกระจัดต่ำสุด คลื่นรวมที่มีลักษณะดังกล่าว เรียกว่า คลื่นนิ่ง

ลักษณะของคลื่นนี่ง จุดสีแดงคือ บัพ

การแกว่ง แต่ไม่มีลูกตุ้ม



1.&2. คลื่นตามขวาง 3. คลื่นตามยาว







สมบัติของคลื่น (wave properties)

คลื่นทุกชนิดแสดงสมบัติ 4 อย่าง คือการสะท้อน การหักเห การแทรกสอด และการเลี้ยวเบน

1.การสะท้อน (reflection)   เกิดจากคลื่นเคลื่อนที่ไปกระทบสิ่งกีดขวาง แล้วเปลี่ยนทิศทางกลับสู่ตัวกลางเดิม

                                    

 

2.การหักเห (refraction)   เกิดจากคลื่นเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางที่ต่างกัน แล้วทำให้อัตราเร็วเปลี่ยนไป

     

 

3.การเลี้ยวเบน (diffraction)   เกิดจากคลื่นเคลื่อนที่ไปพบสิ่งกีดขวาง ทำให้คลื่นส่วนหนึ่งอ้อมบริเวณของสิ่งกีดขวางแผ่ไปทางด้านหลังของสิ่งกีดขวางนั้น

 

   

4.การแทรกสอด (interference)   เกิดจากคลื่นสองขบวนที่เหมือนกันทุกประการเคลื่อนที่มาพบกัน แล้วเกิดการซ้อนทับกัน ถ้าเป็นคลื่นแสงจะเห็นแถบมืดและแถบสว่างสลับกัน ส่วนคลื่นเสียงจะได้ยินเสียงดังเสียงค่อยสลับกัน

 

อ้างอิง : http://std.kku.ac.th/5330702554/wave/index.html
              http://web.ku.ac.th/schoolnet/snet3/saowalak/wave/wave.htm