บทที่ 9 คลื่นกล610512 - krukird.com ·...

19
เอกสารประกอบการสอนรายวิชาฟิสิกส์ เรื่อง คลื่นกล เรียบเรียงโดยนายบุญเกิด ยศรุ่งเรือง www.krukird.com 1 บทที9 คลื่นกล 9.1 การถ่ายโอนพลังงานของคลื่นกล คลื่น ( wave) คือ สถานการณ์การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ ้นบนตัวกลางเนื่องจากการรบกวนจากภายนอก เช่น การสั่นของนํ การสั่นของเส้นเชือก แล้วมีการส่งผ่านพลังงานผ่านตัวกลางโดยที่ตัวกลางไม่เคลื่อนที่ไปด้วยแต่ตัว ที่เคลื่อนที่ไป คือ พลังงาน แต่ตัวกลางจะสั่นแบบขึ ้น ลง อยู ่กับที่แบบซิมเปิลฮาร์มอนิก องค์ประกอบที่ทําให้เกิดคลื่น 1. มีแหล่งกําเนิดคลื่น 2. มีการสั่นของแหล่งกําเนิดคลื่น 3. มีตัวกลางให้คลื่นเคลื่อนที่ผ่าน สําหรับข้อที3. คลื่นบางชนิดไม่จําเป็นต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนทีเช่น คลื่นแสง คลื่นแม่เหล็ก ไฟฟ้าทุกชนิด การจําแนกประเภทของคลื่น 1. จําแนกตามลักษณะการสั่น แบ่งได้เป็น 1.1 คลื่นตามขวาง คือ คลื่นที่มีทิศคลื่นกับทิศตัวกลางตั ้งฉากกันเวลาเคลื่อนทีเช่น คลื่นนํ คลื่นเชือก คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เป็นต้น 1.2 คลื่นตามยาว คือ คลื่นที่มีทิศคลื่นกับทิศตัวกลางขนานกันเวลาเคลื่อนทีเช่น คลื่นเสียง คลื่นทีเกิดจากการอัดของสปริง เป็นต้น 2. จําแนกโดยอาศัยหลักการใช้ตัวกลางในการส่งคลื่น แบ่งได้เป็น 2.1 คลื่นกล คือ คลื่นที่อาศัยตัวกลางในการเคลื่อนทีเช่น คลื่นนํ คลื่นในเส้นเชือก คลื่นในลวด สปริง คลื่นของต้นหญ้า หรือต้นข้าวขณะลมพัด คลื่นเสียง เป็นต้น 2.2 คลื่นแม ่เหล็กไฟฟ้ า คือ คลื่นที่ไม่ต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนทีเช่น คลื่นแสง เป็นต้น 3. จําแนกตามการเกิดคลื่นเป็นเกณฑ์ แบ่งได้เป็น 3.1 คลื่นดล คือ คลื่นที่ส ่งออกมาจากแหล่งกําเนิดโดยการรบกวน หนึ ่งหรือสองครั ้ง เกิดคลื่นแค่ลูก เดียว หรือสองลูก คลื่นดลจะเกิดในระยะเวลาสั ้น 3.2 คลื่นต ่อเนื่อง คือ คลื่นที่ส ่งมาจากแหล่งกําเนิดโดยการรบกวนหลาย ครั ้ง อย่างต่อเนื่อง คลื่นต่อเนื่องจะเกิดขึ ้นในระยะเวลายาว 9.2 คลื่นผิวนํ้า เนื่องจากคลื่นโดยทั่วไปเกิดจากการสั่นของแหล่งกําเนิดโดยอนุภาคของตัวกลางสั่นแบบกลับไปกลับมา ดังนั ้นลักษณะของคลื่นชนิดต่าง จึงเขียนแทนด้วยกราฟของค่า sine หรือ cosine สิ่งที่ควรทราบเกี่ยวกับคลื่น สมการทั่วไปของคลื่น การกระจัด y = A sine T t x t 2 2

Upload: others

Post on 17-Sep-2019

82 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: บทที่ 9 คลื่นกล610512 - krukird.com · เอกสารประกอบการสอนรายวิชาฟิสิกส์เรื่อง คลื่นกล

เอกสารประกอบการสอนรายวชาฟสกส เรอง คลนกล เรยบเรยงโดยนายบญเกด ยศรงเรอง www.krukird.com 1

บทท 9 คลนกล 9.1 การถายโอนพลงงานของคลนกล

คลน ( wave) คอ สถานการณการเปลยนแปลงทเกดขนบนตวกลางเนองจากการรบกวนจากภายนอก เชน การสนของนา การสนของเสนเชอก แลวมการสงผานพลงงานผานตวกลางโดยทตวกลางไมเคลอนทไปดวยแตตวทเคลอนทไป คอ พลงงาน แตตวกลางจะสนแบบขน ๆ ลง ๆ อยกบทแบบซมเปลฮารมอนก องคประกอบททาใหเกดคลน

1. มแหลงกาเนดคลน 2. มการสนของแหลงกาเนดคลน 3. มตวกลางใหคลนเคลอนทผาน สาหรบขอท 3. คลนบางชนดไมจาเปนตองอาศยตวกลางในการเคลอนท เชน คลนแสง คลนแมเหลก

ไฟฟาทกชนด การจาแนกประเภทของคลน 1. จาแนกตามลกษณะการสน แบงไดเปน 1.1 คลนตามขวาง คอ คลนทมทศคลนกบทศตวกลางตงฉากกนเวลาเคลอนท เชน คลนนา คลนเชอก

คลนแมเหลกไฟฟา เปนตน 1.2 คลนตามยาว คอ คลนทมทศคลนกบทศตวกลางขนานกนเวลาเคลอนท เชน คลนเสยง คลนท

เกดจากการอดของสปรง เปนตน 2. จาแนกโดยอาศยหลกการใชตวกลางในการสงคลน แบงไดเปน 2.1 คลนกล คอ คลนทอาศยตวกลางในการเคลอนท เชน คลนนา คลนในเสนเชอก คลนในลวด

สปรง คลนของตนหญา หรอตนขาวขณะลมพด คลนเสยง เปนตน 2.2 คลนแมเหลกไฟฟา คอ คลนทไมตองอาศยตวกลางในการเคลอนท เชน คลนแสง เปนตน

3. จาแนกตามการเกดคลนเปนเกณฑ แบงไดเปน 3.1 คลนดล คอ คลนทสงออกมาจากแหลงกาเนดโดยการรบกวน หนงหรอสองครง เกดคลนแคลก

เดยว หรอสองลก คลนดลจะเกดในระยะเวลาสน ๆ 3.2 คลนตอเนอง คอ คลนทสงมาจากแหลงกาเนดโดยการรบกวนหลาย ๆ ครง อยางตอเนอง

คลนตอเนองจะเกดขนในระยะเวลายาว 9.2 คลนผวนา

เนองจากคลนโดยทวไปเกดจากการสนของแหลงกาเนดโดยอนภาคของตวกลางสนแบบกลบไปกลบมา ดงนนลกษณะของคลนชนดตาง ๆ จงเขยนแทนดวยกราฟของคา sine หรอ cosine

สงทควรทราบเกยวกบคลน สมการทวไปของคลน การกระจด

y = A sine

T

txt

22

Page 2: บทที่ 9 คลื่นกล610512 - krukird.com · เอกสารประกอบการสอนรายวิชาฟิสิกส์เรื่อง คลื่นกล

เอกสารประกอบการสอนรายวชาฟสกส เรอง คลนกล เรยบเรยงโดยนายบญเกด ยศรงเรอง www.krukird.com 2

สวนประกอบของคลน

1. ยอดคลน หรอสนคลน หมายถง สวนบนสดของคลนแตละลก 2. ทองคลน หมายถง สวนลางสดของคลนแตละลก 3. การกระจด หมายถง ระยะจากตาแหนงใด ๆ บนแนวคลนถงแนวสมดล 4. ชวงความกวางของคลนหรอแอมพลจด (A ) หมายถง ระยะจากสนคลนหรอระยะจากทองคลนถงแนว

สมดล หรอ แอมพลจด คอระยะการกระจดทมคามากทสด 5. ความยาวคลน () หมายถง ความกวางของคลนหนงลก ซงเปนระยะหางของตาแหนงบนคลนทม

ลกษณะเดยวกนทตดตอกน เชน ระยะจากสนคลนหนงถงสนคลนของลกถดไประยะจากทองคลนถงทองคลนของลกถดไป

6. หนาคลน (Wave Front) คอ เสนทลากผานตาแหนงทมเฟสเหมอนกน (Same Phas) ซงตองอยบนคลนลกเดยวกน เชน เสนทลากระหวางจดทเปนสนคลนในลกเดยวกน เปนตน หนาคลนจะตองตงฉากกบทศการเคลอนทของคลนเสมอ

7. ความถ (f ) หมายถง จานวนลกคลนทเกดจากแหลงกาเนดในหนงหนวยเวลา หรอจานวนลกคลนทผานจดใด ๆ ในหนงหนวยเวลา มหนวยเปนรอบตอวนาท หรอ Hertz

8. คาบ (T) หมายถงเวลาทคลนเคลอนทได 1 รอบ หรอเคลอนทเปนระยะทางหนงความยาวคลน มหนวยเปนวนาท ความสมพนธระหวางคาบกบความถ T =

f

1

9. อตราเรวคลนและอตราเรวเฟส (v) หมายถง ระยะทางทเคลอนทไดในหนงหนวยเวลา มหนวยเปนเมตรตอวนาท

จะได v = T

λ = f

v = f

ตวอยางท 1 เมอคลนเคลอนทไปบนผวนากระเพอมขนลงจากระดบเดม 900 รอบตอวนาท ระยะระหวางสนคลน ทถดกนวดได 30 cm. จงหาอตราเรวของคลนทผวนา

Page 3: บทที่ 9 คลื่นกล610512 - krukird.com · เอกสารประกอบการสอนรายวิชาฟิสิกส์เรื่อง คลื่นกล

เอกสารประกอบการสอนรายวชาฟสกส เรอง คลนกล เรยบเรยงโดยนายบญเกด ยศรงเรอง www.krukird.com 3

ตวอยางท 2 เมอคลนเคลอนทไปบนผวนากระเพอมขนลงจากระดบเดม 800 รอบตอวนาท ระยะระหวางทองคลน ทถดกนวดได 20 cm. จงหาอตราเรวของคลนทผวนา ตวอยางท 3 คลนนาเคลอนทเขากระทบฝงนบได 15 ลก คลนทก ๆ 10 วนาท ถาระยะระหวางสนคลนทตดกน

เทากบ 3 เมตร คลนนามความเรวเทาไร

ตวอยางท 4 (มข.) เมอเรากระทมนาเปนจงหวะสมาเสมอ 3 ครงตอวนาท แลวจบเวลาทคลนลกแรกเคลอนทไป กระทบขอบสะอกดานหนงซงอยหางออกไป 45 เมตร พบวาใชเวลา 3 วนาท ความยาวคลนของผว นานเทากบกเมตร ( 5 เมตร ) ตวอยางท 5 (มข.) เมอสงเกตคลนเคลอนทไปบนผวนา พบวาผวนากระเพอมขนลง 600 รอบใน 1 นาท และ ระยะระหวางสนคลนทถดกนวดได 20 เซนตเมตร จงหาวาเมอสงเกตคลนลกหนงเคลอนทไปใน 1 นาท จะไดระยะทางกเมตร ( 120 เมตร ) มมเฟส มมเฟส คอ มมทใชเรยกตาแหนงใด ๆ บนคลน โดยวดเทยบกบการเคลอนทเปนวงกลม

Page 4: บทที่ 9 คลื่นกล610512 - krukird.com · เอกสารประกอบการสอนรายวิชาฟิสิกส์เรื่อง คลื่นกล

เอกสารประกอบการสอนรายวชาฟสกส เรอง คลนกล เรยบเรยงโดยนายบญเกด ยศรงเรอง www.krukird.com 4

ตวอยางการหามมเฟสเรมตน

มมเฟสเรมตน 90 องศา มมเฟสเรมตน 270 องศา

เฟสตรงกน คอ ตาแหนงทมการกระจดเทากนและสนในทศทางเดยวกน (ความตางเฟส 0 องศา)

จากรป 1. จดทมเฟสตรงกนคอ B , F และ D , H และ A , E , I 2. มระยะหางกนเทากบ , 2 , 3, . . . 3. มเวลาหางกนเทากบ T , 2T , 3T , . . .

เฟสตรงกนขาม คอ ตาแหนงทมการกระจดเทากนแตสนในทศทางกนขาม (ความตางเฟส 180 องศา) จากรป 1. จดทมเฟสตรงขาม คอ A กบ C และ B กบ D

2. มระยะหางกนเทากบ 2λ ,

23λ ,

25λ , . . .

3. มเวลาหางกนเทากบ 2T ,

23T ,

25T , . . .

Page 5: บทที่ 9 คลื่นกล610512 - krukird.com · เอกสารประกอบการสอนรายวิชาฟิสิกส์เรื่อง คลื่นกล

เอกสารประกอบการสอนรายวชาฟสกส เรอง คลนกล เรยบเรยงโดยนายบญเกด ยศรงเรอง www.krukird.com 5

การรวมกนของคลนสองขบวน

คลนสองขบวนทมเฟสตรงกนวงเขาหากน (รวมกนแบบเสรม) คลนสองขบวนทมเฟสตรงกนขามวงเขาหากน(รวมกนแบบหกลาง)

ความตางเฟส

บอกระยะทาง บอกเวลา

λx2π

Δθ

Tt2π

Δθ

เมอ λ คอ ความยาวคลน (m) เมอ T คอ คาบเวลา (s)

Δx คอ x2 – x1 Δt คอ t2 – t1

Δθ คอ 1θ2θ 2π เทากบ 360 ๐

ตวอยางท 6 คลนขบวนหนงมความถ 150 Hz มความเรว 300 เมตรตอวนาท จดสองจดบนคลนทมเฟส

ตางกน 90 องศา จะอยหางกนกเมตร

ตวอยางท 7 คลนสองคลนมความถ 200 และ 240 Hz มอตราเรว 300 m/s ถาตนกาเนดคลนมเฟสเดยวกนท ระยะ 2 m จากตนกาเนดทงสองเฟสจะตางกนอยเทาไร

Page 6: บทที่ 9 คลื่นกล610512 - krukird.com · เอกสารประกอบการสอนรายวิชาฟิสิกส์เรื่อง คลื่นกล

เอกสารประกอบการสอนรายวชาฟสกส เรอง คลนกล เรยบเรยงโดยนายบญเกด ยศรงเรอง www.krukird.com 6

ตวอยางท 8 คลนขบวนหนงวงไปใชเวลา 0.5 วนาท จะมรปรางดงรป ทกาหนดให จงหา ก. แอมพลจด ข. อตราเรวคลน ค. เวลาทเคลอนทครบรอบ ง. จานวนลกคลนในหนงวนาท

ตวอยางท 9 จากรปทกาหนดให นองหมอนกระตกเชอกจนมความเรว 80 เมตร/วนาท จงหา ก. แอมพลจดและ มมเฟสเรมตน ข. เวลาของ 1 ลกคลน ค. จานวนลกคลนใน 1 วนาท ง. จานวนลกคลนใน 5 วนาท

Page 7: บทที่ 9 คลื่นกล610512 - krukird.com · เอกสารประกอบการสอนรายวิชาฟิสิกส์เรื่อง คลื่นกล

เอกสารประกอบการสอนรายวชาฟสกส เรอง คลนกล เรยบเรยงโดยนายบญเกด ยศรงเรอง www.krukird.com 7

ตวอยางท 10 (มข.) คลนขบวนหนงมรปรางดงกราฟ จงหา มมเฟสเรมตน แอมพลจด คาบเวลา และความถ

( 90 ๐ , 5 ซม. , 8 วนาท , 0.125 เฮรตซ )

ตวอยางท 11 (มข.) จากคลนดงรปทเวลา t = 15 วนาท จะมมมเฟสและการกระจดเปนเทาใด ( 180 ๐ , 0 ซม. )

ตวอยางท 12 (Ent.) คลนในเสนเชอกยาว เมอเวลาหนงเปนดงทเหนรป ก. หลงจากนน 5 วนาท เปนดงทเหนใน รป ข. ความถของคลนจะเปนกเฮรตซ

สโตรโบสโคป เปนเครองมอชนดหนงใชวดความถของคลน มหลกการวา ชวงเวลาทสโตรโบสโคปหมนได 1 ชอง เทากบชวงเวลาทคลนเคลอนทไดครบ 1 รอบ เราจงมองเหนคลนหรอวตถใด ๆ หยดนง จะไดวา fw = nfs

เมอ fw = ความถคลน

fs = ความถสโตรโบสโคป n = จานวนชอง

Page 8: บทที่ 9 คลื่นกล610512 - krukird.com · เอกสารประกอบการสอนรายวิชาฟิสิกส์เรื่อง คลื่นกล

เอกสารประกอบการสอนรายวชาฟสกส เรอง คลนกล เรยบเรยงโดยนายบญเกด ยศรงเรอง www.krukird.com 8

9.3 การซอนทบกนของคลน (superposition of wave)

การซอนทบกนของคลนหรอการรวมกนของคลน เกดขนเมอคลนตงแต 2 คลนเคลอนทมาพบกนม 2 ลกษณะ คอ 1. การรวมกนแบบเสรมกน เกดขนเมอคลนสองคลนทมการกระจดไปทางทศเดยวกนเคลอนทมาพบกน เชน สนคลนกบสนคลน หรอทองคลนกบทองคลน โดยการกระจดรวมหาไดจากผลบวกของการกระจดของคลนทงสอง ณ ตาแหนงและเวลานน ๆ เมอคลลนทงสองเคลอนทผานพนกนไปแลว คลนแตละคลนจะยงคงมลกษณะเหมอนเดม

2. การรวมกนแบบหกลาง เกดเมอคลนสองคลนทมการกระจดไปทางทศตรงกนขาม เชน สนคลนกบ ทองคลนโดยการกระจดรวมหาไดจากผลตางของการกระจดของคลนทงสอง ณ ตาแหนงและเวลานน ๆ 9.4 สมบตของคลน การทเราจะตดสนวาการเคลอนทแบบใดแบบหนงเปนการเคลอนทแบบคลนหรอไมนน ตองพจารณาจากสมบตของคลน 4 ประการ ดงน

1. การสะทอน (Reflection) 2. การหกเห (Reflaction) 3. การแทรกสอด (Interferance) 4. การเลยวเบน ( Diffraction) สมบตการสะทอนและการหกเหเปนสมบตรวมของคลนและอนภาค สมบตการแทรกสอดและการ

เลยวเบนเปนสมบตเฉพาะของคลน การสะทอนของคลน (Reflection)

กฎการสะทอนม 2 ขอ คอ 1. รงสตกกระทบ รงสสะทอน และแนวตงฉาก ตองอยในระนาบเดยวกน 2. มมตกกระทบ = มมสะทอน (1 = 2) สรปลกษณะของคลนสะทอน 1. จดสะทอนตรงแนน คลนสะทอนมลกษณะตรงขามกบคลนตกกระทบคอ เขาเปนสนคลนออกเปน

ทองคลน หรอเขาเปนทองคลนออกเปนสนคลน ดงนนเฟสเปลยน 180 องศา ( เฟสตรงขามกน ) 2. จดสะทอนอสระ คลนสะทอนมลกษณะเหมอนคลนตกกระทบ คอ เขาเปนสนคลนออกเปนสนคลน

หรอเขาเปนทองคลนออกเปนทองคลน ดงนนเฟสไมเปลยน (เฟสตรงกน)

เสนแนวตงฉาก

2 1

รงสตกกระทบ รงสสะทอน

Page 9: บทที่ 9 คลื่นกล610512 - krukird.com · เอกสารประกอบการสอนรายวิชาฟิสิกส์เรื่อง คลื่นกล

เอกสารประกอบการสอนรายวชาฟสกส เรอง คลนกล เรยบเรยงโดยนายบญเกด ยศรงเรอง www.krukird.com 9

การสะทอนในเสนเชอก ม 2 แบบ คอ

1. สะทอนปลายอสระ 2. สะทอนปลายตรงแนน

คลนสะทอนออกมาเฟสตรงกน (รปรางเหมอนเดม) ความตางเฟส 0 ๐

คลนสะทอนออกมาเฟสตรงขามกน (รปรางตรงขาม) ความตางเฟส 180 ๐

ตวอยางท 13 (มช.) เชอกเสนหนงมปลายขางหนงผกตดกบเสาเมอสรางคลนดลจากปลายอกขางหนงเขามากระทบ จะเกดคลนสะทอนขน คลนสะทอนนมเฟสเปลยนไปกองศา การหกเหของคลน (Reflaction) การหกเห คอ การทคลนเคลอนทผานรอยตอระหวางตวกลางทตางกน เชน นาลกกบนาตน ทาใหทศทางของคลนเปลยนไปและมความเรวกบความยาวคลนเปลยนไป แตความถคงทเสมอ

ลกษณะของการหกเห ม 2 แบบ คอ

1. การหกเหออก 2. การหกเหเขา

คลนเดนทางจากนาตนไปนาลก รงสคลนจะเบนออกจากเสนแนวฉาก

คลนเดนทางจากนาลกไปนาตน รงสคลนจะเบนเขาหาเสนแนวฉาก

Page 10: บทที่ 9 คลื่นกล610512 - krukird.com · เอกสารประกอบการสอนรายวิชาฟิสิกส์เรื่อง คลื่นกล

เอกสารประกอบการสอนรายวชาฟสกส เรอง คลนกล เรยบเรยงโดยนายบญเกด ยศรงเรอง www.krukird.com 10

การหกเหอธบายโดยใชกฎของสเนล

n2λ1λ

2v1v

2sinθ1sinθ

เมอ n เปนดชนหกเหของนาตนเทยบกบน าลกและจะไดวา

ตวกลาง v λ

นาตน นอย นอย นาลก มาก มาก

การแทรกสอดของคลน (Interferance)

รปการแทรกสอดของคลนนา

นยามเกยวกบการแทรกสอด 1. การแทรกสอด คอ เมอมคลนตงแต 2 คลน เคลอนทมาพบกนจะเกดการรวมกนแบบเสรม หรอหกลาง 2. แหลงกาเนดอาพนธ (Coherent Source) คอแหลงกาเนดคลนทมความถเทากน มเฟสตางกนคงท หรอมเฟสตรงกน 3. การแทรกสอดแบบเสรม คอ สนคลนเจอสนคลน หรอทองคลนเจอทองคลนเรยกแนวปฏบพ (A) 4. การแทรกสอดแบบหกลาง คอ สนคลนเจอทองคลนเรยกแนวบพ (N) 5. แนวปฏบพนากระเพอมมาก แนวบพนากระเพอมนอย

Page 11: บทที่ 9 คลื่นกล610512 - krukird.com · เอกสารประกอบการสอนรายวิชาฟิสิกส์เรื่อง คลื่นกล

เอกสารประกอบการสอนรายวชาฟสกส เรอง คลนกล เรยบเรยงโดยนายบญเกด ยศรงเรอง www.krukird.com 11

การคานวณเรองการแทรกสอด

เมอโจทยบอกผลตางระยะทาง เมอโจทยบอกมมทเบนจากแนวกลาง

สตร การรวมแบบเสรม (แนวปฏบพ) จด P

P2SP1S = n เมอ n = 0, 1, 2, …

สตร การรวมแบบเสรม (แนวปฏบพ = A)

dsin θ = n เมอ n = 0, 1, 2, …

สตร การรวมกนแบบหกลาง (แนวบพ) จด Q

QSQS 21 = λ2

1n

เมอ n = 1, 2, 3, …

สตร การรวมแบบหกลาง (แนวบพ = N)

dsin θ = λ2

1n

เมอ n = 1, 2, 3, …

ตวอยางท 14 (Ent.) เมอคลนแนวตรงเคลอนทจากบรเวณ A ไปสบรเวณ B ในถาดคลน ทาใหเกดการหกเหของ คลนปรากฏดงรป ซงมไมสเกลเซนตเมตรวางเทยบอย ถาคลนนเกดจากแหลงกาเนดซงมความถ 9 เฮรตซ จงหาอตราเรวของคลนนาทบรเวณ B ( 9 2 เซนตเมตร/วนาท ) ตวอยางท 15 แหลงกาเนดอาพนธ 2 แหลงใหเฟสตรงกน หางกน 6 cm. ปรากฏวาแนวเสรมกนครงแรกเบนออก

จากแนวกลาง 30 องศา จงหาความยาวคลนจากแหลงกาเนดทงสอง ตวอยางท 16 แหลงกาเนดอาพนธ 2 แหลงใหเฟสตรงกน หางกน 10 cm. ปรากฏวาแนวเสรมกนครงแรก เบนออกจากแนวกลาง 60 องศา จงหาความยาวคลนจากแหลงกาเนดทงสอง

Page 12: บทที่ 9 คลื่นกล610512 - krukird.com · เอกสารประกอบการสอนรายวิชาฟิสิกส์เรื่อง คลื่นกล

เอกสารประกอบการสอนรายวชาฟสกส เรอง คลนกล เรยบเรยงโดยนายบญเกด ยศรงเรอง www.krukird.com 12

การเลยวเบนของคลน ( Diffraction)

การเลยวเบนอธบายโดยใชกฎของฮอยเกนส

หลกของฮอยเกนสกลาววา “ แตละจดบนหนาคลน กระทาตวเหมอนแหลงกาเนดของคลนอนใหมจะกระจายคลนทกทศทกทางดวยอตราเรวเทากบอตราเรวตอนแรกทปลอยคลน

การเลยวเบนผานชองเดยว การเลยวเบนผานชองค 1. จะเลยวเบนไดกตอเมอ λ d 1. จะเลยวเบนปลอยคลนออกมาเหมอนการแทรกสอด 2. จะเกดแนวบพหลงสงกดขวาง 2. การเลยวเบนจะเกดการแทรกสอดเสมอ 3. จะเกดการแทรกสอดขน 4. ถาชองกวาง d < λ

9.5 คลนนง เปนปรากฏการณแทรกสอดชนดหนงทเกดจากคลนสองขบวนทมแอมพลจด ความถและความยาวคลนเทากนเคลอนทสวนทางกน คลนนงมลกษณะเปน loop สวนทกวางมากทสดเรยกวา Antinode (ปฏบพ) สวนนมขนาดไมคงทเปลยนแปลงตามชวงเวลา แสดงวาคลนนงนนเปนคลนทเคลอนทตลอดเวลา สวนตาแหนงทมการเคลอนทนอยทสดเรยกวา Node บพ

หลกการ 1. ระยะหางจาก A ถง A = 2

λ

2. ระยะหางจาก N ถง N = 2

λ

3. ระยะหางจาก A ถง N = 4

λ

ถาเกดทงหมด n loop จะได L =

2

L = 2f

nv

กาหนดให L = ความยาวเชอก (m) n = จานวน loop

λ = ความยาวคลน (m)

Page 13: บทที่ 9 คลื่นกล610512 - krukird.com · เอกสารประกอบการสอนรายวิชาฟิสิกส์เรื่อง คลื่นกล

เอกสารประกอบการสอนรายวชาฟสกส เรอง คลนกล เรยบเรยงโดยนายบญเกด ยศรงเรอง www.krukird.com 13

ตวอยางท 17 คลนนงมระยะหางของบพทตดกน 10 cm ถาอตราเรวของคลน 160 cm /s ความถของ แหลงกาเนดคลนนเปนเทาใด

ตวอยางท 18 คลนนงมระยะหางของปฏบพทตดกน 4 cm ถาอตราเรวของคลน 200 cm / s ความถของ แหลงกาเนดคลนนเปนเทาใด

ตวอยางท 19 (Ent.) จากรปเปนคลนนงในเสนเชอกทมปลายทงสองยดแนนไว ถาเสนเชอกยาว 90 เซนตเมตร

และความเรวคลนในเสนเชอกขณะนนเทากบ 2.4 10 2 เมตร/วนาท จงหาความถของคลน

ตวอยางท 20 คลนนงในเสนเชอกมระยะหางระหวาง Node และ Antinode เทากบ 10 cm ถาคลนมความเรว 200 m/s จงหาความถของคลน ตวอยางท 21 ในการทดลองคลนนงบนเสนเชอก ถาความถของคลนนงเปน 700 เฮรตซ และอตราเรวของคลน ในเสนเชอกเทากบ 350 เมตรตอวนาท ตาแหนงบพสองตาแหนงทอยถดกนจะหางกนเทาใด

Page 14: บทที่ 9 คลื่นกล610512 - krukird.com · เอกสารประกอบการสอนรายวิชาฟิสิกส์เรื่อง คลื่นกล

เอกสารประกอบการสอนรายวชาฟสกส เรอง คลนกล เรยบเรยงโดยนายบญเกด ยศรงเรอง www.krukird.com 14

แบบทดสอบฟสกส O-NET เรองคลนกล

1. (O-NET49) เมอคลนเดนทางจากนาลกสน าตน ขอใดตอไปนถก 1. อตราเรวคลนในนาลกนอยกวาอตราเรวคลนในนาตน 2. ความยาวคลนในนาลกมากกวาความยาวคลนในนาตน 3. ความถคลนในนาลกมากกวาความถคลนในนาตน 4. ความถคลนในนาลกนอยกวาความถคลนในนาตน 2. (O-NET49) คลนใดตอไปน เปนคลนทตองอาศยตวกลางในการเคลอนท 1. คลนแสง 2. คลนเสยง 3. คลนผวนา คาตอบทถกตองคอ 1. ทง 1 , 2 และ 3 2. ขอ 2 และ 3 3. ขอ 1 เทานน 4. ผดทกขอ 3. (O-NET50) เมอคลนเคลอนจากตวกลางทหนงไปตวกลางทสองโดยอตราเรวของคลนลดลง ถามวา สาหรบคลนในตวกลางทสอง ขอความใดถกตอง 1. ความถเพมขน 2. ความถลดลง 3. ความยาวคลนมากขน 4. ความยาวคลนลดลง 4. (O-NET50) ถากระทมนาเปนจงหวะสมาเสมอ ลกปงปองทลอยอยหางออกไปจะเคลอนทอยางไร 1. ลกปงปองเคลอนทออกหางไปมากขน 2. ลกปงปองเคลอนทเขามาหา 3. ลกปงปองเคลอนทขน-ลงอยทตาแหนงเดม 4. ลกปงปองเคลอนทไปดานขาง 5. (O-NET51) คลนเคลอนทจากตวกลางหนงไปยงอกตวกลางหนง ปรมาณใดตอไปนไมเปลยนแปลง 1. ความถ 2. ความยาวคลน 3. อตราเรว 4. ทศทางการเคลอนทของคลน 6. (O-NET52) ขอใดตอไปนถกตองเกยวกบคลนตามยาว 1. เปนคลนทของตวกลางมการสนในแนวเดยวกบการเคลอนทของคลน 2. เปนคลนทเคลอนทไปตามแนวยาวของตวกลาง 3. เปนคลนทไมตองอาศยตวกลางในการเคลอนท 4. เปนคลนทอนภาคของตวกลางมการสนไดหลายแนว 7. (O-NET53) ในการทดลองเพอสงเกตผลของสงกดขวางเมอคลนเคลอนทผาน เปนการศกษา สมบตตามขอใดของคลน 1. การหกเห 2. การเลยวเบน 3. การสะทอน 4. การแทรกสอด 8. (O-NET53) ทาใหเกดคลนบนเสนเชอกทปลายทงสองดานถกขงตง พบวามความถและความยาวคลน คาหนง ถาทาใหความถในการสนเพมขนเปน 2 เทาของความถเดม ขอใดถกตอง 1. ความยาวคลนบนเสนเชอกลดลงเหลอครงหนงเนองจากคลนเคลอนทในตวกลางเดม 2. ความยาวคลนบนเสนเชอกเพมขนเปน 2 เทา เนองจากปรมาณทงสองแปรผนตามกน 3. ความยาวคลนบนเสนเชอกเทาเดม เนองจากคลนเกดบนตวกลางเดม 4. ความยาวคลนบนเสนเชอกเทาเดม แตอตราเรวของคลนเพมเปนสองเทาตามสมการ v = fl

Page 15: บทที่ 9 คลื่นกล610512 - krukird.com · เอกสารประกอบการสอนรายวิชาฟิสิกส์เรื่อง คลื่นกล

เอกสารประกอบการสอนรายวชาฟสกส เรอง คลนกล เรยบเรยงโดยนายบญเกด ยศรงเรอง www.krukird.com 15

9. (O-NET54) คลนกลตามยาวและคลนกลตามขวางถกนยามขนโดยดจากปจจยใดเปนหลก 1. ทศการเคลอนทของคลน 2. ทศการสนของอนภาคตวกลาง 3. ประเภทของแหลงกาเนด 4. ความยาวคลน 10. (O-NET54) ลกบอลลกหนงตกลงนาและสนขนลงหลายรอบทาใหเกดคลนผวนาแผออกไปเปนรป วงกลม เมอเวลาผานไป 10 วนาทคลนนาแผออกไปไดรศมสงสดประมาณ 20 เมตร โดยมระยะ ระหวางสนคลนเทากบ 2 เมตร จากขอมลดงกลาว ลกบอลสนขนลงดวยความถประมาณเทาใด 1. 0.5 Hz 2. 1.0 Hz 3. 2.0 Hz 4. 4.0 Hz 11. คลนกล A และคลนกล B มารวมกนทจดๆ หนงเงอนไขใดทไมทาเกดการแทรกสอด แบบเสรมกน (O-Net 58) 1. ทองคลนA เจอกบทองคลนB โดยทแอมปลจดของคลนทงสองเทากน 2. ทองคลนA เจอกบสนคลนB โดยทแอมปลจดของคลนทงสองเทากน 3. สนคลนA เจอกบสนคลนB โดยทแอมปลจดของคลนทงสองเทากน 4. ทองคลนA เจอกบทองคลนB โดยทแอมปลจดของคลนทงสองตางกน 5. สนคลนA เจอกบสนคลนB โดยทแอมปลจดของคลนทงสองตางกน 12. เมอจมหลอดกาแฟลงในแกวทมน าจะพบวา หลอดกาแฟสวนทอยใตน าไมตอเปนแนวเดยวกบสวนทอย เหนอแมนา ปรากฏการณนเกดขนเนองจากสมบตใด (O-Net 59)

1. การสะทอน 2. การหกเห 3. การแทรกสอด 4. การเลยวเบน 5. การดดกลนแสง

13. คลนขบวนหนง มความถ 10 เฮรตซ และระยะหางระหวางสนคลนท 1 ถงสนคลนท 6 เทากบ 5.0 เมตร ดงภาพ

ในการเคลอนทเปนระยะทาง 100.00 เมตร คลนจะใชเวลาเคลอนทเปนเทาใด 1. 0.3 วนาท 2. 2.0 วนาท 3. 10.0 วนาท 4. 12.0 วนาท 5. 20.0 วนาท

Page 16: บทที่ 9 คลื่นกล610512 - krukird.com · เอกสารประกอบการสอนรายวิชาฟิสิกส์เรื่อง คลื่นกล

เอกสารประกอบการสอนรายวชาฟสกส เรอง คลนกล เรยบเรยงโดยนายบญเกด ยศรงเรอง www.krukird.com 16

14. พจารณาการเคลอนทของคลนนาและแนวของหนาคลนดงตอไปน

ภาพใดแสดงแนวของหนาคลนไดถกตอง 1. ภาพท 1 เทานน 2. ภาพท 1 และ 2

3. ภาพท 1 และ 3 4. ภาพท 2 และ 3 5. ภาพท 1 2 และ 2

แบบทดสอบเขามหาวทยาลยขอนแกน บทท 9 เรอง คลนกล

1. (มข.50) เมอเคลอนทไปบนผวนาทาใหผวกระเพอมขนลงจากระดบเดม 600 รอบในเวลา 1 นาท ถาระยะหาง ระหวางสนคลนทอยถดกนวดได เทากบ 30 เซนตเมตร จงคานวณหาอตราเรว ของคลนผวนา 1. 3 เมตร/วนาท 2. 6 เมตร/วนาท

3. 9 เมตร/วนาท 4. 12 เมตร/วนาท

Page 17: บทที่ 9 คลื่นกล610512 - krukird.com · เอกสารประกอบการสอนรายวิชาฟิสิกส์เรื่อง คลื่นกล

เอกสารประกอบการสอนรายวชาฟสกส เรอง คลนกล เรยบเรยงโดยนายบญเกด ยศรงเรอง www.krukird.com 17

2. (มข.50) จากการทดลองคลนผวนาในถาดคลน ถาปรบกระแสไฟฟาทผานมอเตอรทาใหปมกาหนดคลนสน ดวยความถลดลงเปน 0.5 เทาของคาเดม ผลทเกดขนจะเปนไปตามขอใด 1. อตราเรวของคลนมคาเปนครงหนงของคาเดม 2. อตราเรวของคลนมคาเปนสองเทาของคาเดม 3. ความยาวคลนเปนครงหนงของคาเดม 4. ความยาวคลนเปนสองเทาของคาเดม 3. (มข.50) คลนดลในเสนเชอกกาลงคลนทจากขวาไปซาย A และ B เปนจดสองจดบนเสนเชอก ณ เวลาหนง รปรางของเสนเชอกเปนดงรปอยากทราบวาถาเวลาผานไปอกเลกนอยจด A และ B จะอยทตาแหนงใด

ทศการเคลอนท

4. (มข.50) ขอใดเปนหลกของฮอยเกนส 1. เมอคลนเกดการสะทอนจะไดวา มมตกกระทบเทากบมมสะทอน 2. แตละจดบนหนาคลนถอไดวาเปนแหลงกาเนดคลนใหม 3. แตละจดบนหนาคลนเดยวกนจะมเฟสเหมอนกน 4. ถกทงขอ 2. และขอ 3. 5. (มข.51) แหลงกาเนดสน 10 รอบ ในเวลา 5 วนาท และคลนมความเรว 4 เมตรตอวนาท ถาขณะเวลาหนงแหลง กาเนดคลนสนโดยมการกระจดมากทสด(อมปลจด) อยากทราบวาขณะนน ณ จดซงอยหางจากแหลงกาเนดคลน 2.5 เมตร อนภาคของตวกลางจะมการเคลอนทอยางไร

1. มการกระจดเปนศนย 2. มการกระจดเปน1/4 เทาของอมปรจด 3. มการกระจดเปน1/2 เทาของอมปรจด 4. มการกระจดมากทสด

6. (มข.51) คลนขบวนหนงมความถ 9 เฮรตช และมระยะหางสองจดทมเฟสตางกน 6 เรเดยน เปน 18 เมตร คลนขบวนนมอตราเรวกเมตรตอวนาท

1. 24 เมตรตอวนาท 2. 27 เมตรตอวนาท 3. 48 เมตรตอวนาท 4. 54 เมตรตอวนาท

7. (มข.51) แหลงกาเนดคลนทาใหเกดคลนในเสนเชอกยาว 30 เซนตเมตร ทตรงปลาย ทงสองขางไว เมอใช แหลงกาเนดคลนทมความถ 40 เฮรตชจะเกดคลนนงดงทแสดงในรป(ก) ถาตองการทาใหเกดคลนนงดงทแสดง ในรป(ข) โดยอตราเรวคลนในเสนเชอกคงเดมจะตองใชแหลงกาเนดคลนทมความถเทาไร

1. 20 เฮรตช 2. 30 เฮรตช 3. 50 เฮรตช 4. 60 เฮรตช

8. (มข.52) ในทะเลทลมคอนขางราบเรยบมคลนซดเขาหาชายฝงทงหมด 240 ลก ในเวลา 2 นาท ระยะหางตาม แนวราบระหวางทองคลนและสนคลนเทากบ 50 เซนตเมตร จงหาอตราเรวของคลนน

1. 0.5 เมตรตอวนาท 2. 1.0 เมตรตอวนาท 3. 2.0 เมตรตอวนาท 4. 4.0 เมตรตอวนาท

1. ทง A และ B เคลอนทไปทางซาย 2. A ตากวาเดม B สงกวาเดม 3. A สงกวาเดม B ตากวาเดม 4. ทง A และ B ตากวาเดม

Page 18: บทที่ 9 คลื่นกล610512 - krukird.com · เอกสารประกอบการสอนรายวิชาฟิสิกส์เรื่อง คลื่นกล

เอกสารประกอบการสอนรายวชาฟสกส เรอง คลนกล เรยบเรยงโดยนายบญเกด ยศรงเรอง www.krukird.com 18

9. (มข.51) คลนนาเคลอนทจากบรเวณนาตนสบรเวณนาลก โดยทามมตกกระทบ 37 ๐ และมมมหกเห 53 ๐ ถาวดความยาวคลนในนาตนเปน 3.0 เซนตเมตร จงหาความยาวคลนของคลนนาในบรเวณนาลก กาหนดให tan 37 ๐ = 3/4

1. 2.0 เซนตเมตร 2. 3.0 เซนตเมตร 3. 4.0 เซนตเมตร 4. 5.0 เซนตเมตร

10. (มข.52) คากลาวตอไปนขอใดถกตอง 1. ในการเคลอนทของคลนนาผานชองแคบเดยวทความกวางของชองแคบมากกวาความยาวคลนจะเกดการเลยวเบนเพยงอยางเดยว 2. ในการเคลอนทของคลนนาผานชองแคบเดยวทความกวางของชองแคบนอยกวาความยาวคลนจะเกดการเลยวเบนเพยงอยางเดยว 3. ในการเคลอนทของคลนนาผานชองแคบคทความกวางของชองแคบแตละชองมากกวาความยาวคลนจะเกดการแทรกสอดเพยงอยางเดยว 4. ในการเคลอนทของคลนนาผานชองแคบคทความกวางของชองแคบแตละชองนอยกวาความยาวคลนจะเกดการเลยวเบนเพยงอยางเดยว 11. (มข.53) คลนกลมการกระจดทเขยนเปนกราฟกบเวลาไดดงรป คลนกลนมแอมปลจด ความถ และเฟสเรมตน เปนเทาใด 1. 4 เมตร 10 เฮรตซ และ 0 เรเดยน 2. 4 เมตร 0.1 เฮรตซ และ 0 เรเดยน 3. 2 เมตร 10 เฮรตซ และ เรเดยน 4. 2 เมตร 0.1 เฮรตซ และ เรเดยน

12. (มข.53) ในการทดลองของคลนนงบนเสนเชอก ถาคลนในเสนเชอกมความถ 720 เฮรตซ และอตราเรว 360 เมตร/วนาท ตาแหนงบพทอยตดกนจะหางกนกเมตร 1. 0.25 2. 0.5

3. 1.0 4. 2.0 13. (มข.54) คลนในทะเลซดเขาหาฝงดวยอตราเรว 3 เมตรตอวนาท ถาระยะระหวางสนคลนทถดกน เทากบ 6 เมตร จะมคลนเขากระทบฝงกลกในเวลา 1 นาท

1. 18 ลก 2. 30 ลก 3. 360 ลก 4. 1080 ลก

Page 19: บทที่ 9 คลื่นกล610512 - krukird.com · เอกสารประกอบการสอนรายวิชาฟิสิกส์เรื่อง คลื่นกล

เอกสารประกอบการสอนรายวชาฟสกส เรอง คลนกล เรยบเรยงโดยนายบญเกด ยศรงเรอง www.krukird.com 19

14. (มข.54) คลนดลสองคลนในเสนเชอก กาลงเคลอนทเขาหากนดวยอตราเรว 2 เซนตเมตรตอวนาท ณ เวลาขณะหนง คลนดลทงสองอยหางกน 6 เซนตเมตร ดงรป เมอเวลาผานไป 2.5 วนาท ตาแหนง สนคลนทงสองอยหางกนเทาใด

1. 2 เซนตเมตร 2. 3 เซนตเมตร 3. 4 เซนตเมตร 4. 5 เซนตเมตร

15. (มข.54) จากรป แสดงภาพการแทรกสอดของคลนผวนาทเกดจากแหลงกาเนนอาพนธ S1 และ S2 ม P

เปนจดบนเสนบพ ถา S1P เทากบ 10 เซนตเมตรและ S2P เทากบ 7 เซนตเมตร ถาอตราเรวของคลน

ทงสองเทากบ 30 เซนตเมตรตอวนาท แหลงกาเนนคลนทงสองมความถเทาใด

1. 3 เฮรตซ 2. 4 เฮรตซ 4. 5 เฮรตซ 4. 6 เฮรตซ

16. (มข.54) ในการทดลองคลนนงบนเสนเชอก ถาความถของคลนนงเปน 475 เฮรตซ และอตราเรวของ คลนในเสนเชอกเทากบ 380 เมตรตอวนาท ตาแหนงบพสองตาแหนงทอยถดกนจะหางกนเทาใด

1. 0.2 เมตร 2. 0.4 เมตร 3. 0.6 เมตร 4. 0.8 เมตร