PANYA SOCIETY

สรุปสูตรฟิสิกส์ ม.ปลาย เรื่อง คลื่น พร้อมตัวอย่างข้อสอบ A-Level

สรุปเนื้อหาที่สำคัญ

     เดินทางมาสู่บทที่ 9 ฟิสิกส์ ม.ปลาย เรื่อง คลื่น นับว่าเป็นบทสำคัญอย่างยิ่ง เพราะเป็นหัวข้อที่จะทำให้เข้าใจลักษณะสำคัญของคลื่น และนำไปต่อยอดในบทอื่น ๆ ได้มากมายในวิชาฟิสิกส์ ม. ปลาย และในสถิติข้อสอบ TCAS สัดส่วนการออกข้อสอบบทนี้ในปีที่ผ่าน ๆ มา ของข้อสอบ A-Level พบความถี่ในการออกข้อสอบประมาณ 1 ข้อในทุกปี 

     นับว่าบทเรียนฟิสิกส์ ม.ปลาย เรื่อง คลื่น มีความสำคัญอย่างยิ่งที่น้อง ๆ จะต้องทำความเข้าใจเนื้อหาโดยละเอียด และอัดพื้นฐานของบทนี้ให้แน่น เพื่อพร้อมรับมือกับการทำข้อสอบที่มีความหลากหลาย และควรฝึกทำโจทย์ที่ประยุกต์หลายบทเข้าไว้ด้วยกันที่มีเนื้อหาร่วมกับบทนี้

     อย่างที่กล่าวข้างต้น คลื่น ออกข้อสอบทุกปี ดังนั้น น้อง ๆ ก็ควรใช้เป็นข้อที่ทำคะแนนอย่างยิ่ง เพื่อให้การอ่านหนังสือเตรียมสอบเข้ามหาวิทยาลัยคุ้มค่าที่สุด

คลื่น มีหน่วยย่อยดังนี้

MENU

การจำแนกคลื่น

ฟิสิกส์ ม.ปลาย เรื่อง คลื่น - การจำแนกคลื่น

การจำแนกคลื่น

1. แบ่งตามลักษณะการสั่นของเเหล่งกำเนิด
คลื่นตามยาว : อนุภาคมีการสั่นในระนาบเดียวกับการเคลื่อนที่ของคลื่น
คลื่นตามขวาง : อนุภาคมีการสั่นในทิศตั้งฉากกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่น
2. แบ่งตามความจำเป็นที่ต้องใช้ตัวกลาง
คลื่นกล : ต้องใช้ตัวกลางในการเคลื่อนที่
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า : ไม่จำเป็นต้องใช้ตัวกลางในการเคลื่อนที่
3. แบ่งตามลักษณะการกำเนิดคลื่น
คลื่นดล : กำเนิดคลื่นเพียงลูกคลื่นเดียว
คลื่นต่อเนื่อง : กำเนิดคลื่นหลายลูกคลื่นติดต่อกัน

ส่วนประกอบของคลื่น

ฟิสิกส์ ม.ปลาย เรื่อง คลื่น - ส่วนประกอบของคลื่น

การกระจัดของคลื่น (y) คือ ตำแหน่งของอนุภาคของคลื่นเมื่อวัดจากจุดสมดุล

แอมพลิจูดของคลื่น (A) คือ ระยะการกระจัดสูงสุดของคลื่น วัดจากจุดสมดุลถึงสันคลื่นหรือท้องคลื่น 

ความยาวคลื่น (λ) คือ ความยาวของคลื่นหนึ่งลูก อาจวัดจากสันคลื่นถึงสันคลื่น หรือท้องคลื่นถึงท้องคลื่น

สมการคลื่น

ฟิสิกส์ ม.ปลาย เรื่อง คลื่น - สมการคลื่น

คลื่น โดยทั่วไป มีสมการคือ

y = A sin(kx)  หรือ y = A sin(ωt)

โดย k = 2π/λ

เรียกมุมของ sin ว่า มุมเฟส

ความเร็วคลื่น

ฟิสิกส์ ม.ปลาย เรื่อง คลื่น - ความเร็วคลื่น

ความเร็วคลื่น สามารถคำนวณได้หลายวิธี มีสูตรคือ

v = s/t = λ/T = λf

ความเร็วของคลื่นน้ำ จะแปรผันตรงตามรากที่สองของความลึกของน้ำ

v=√gd

โดย d คือ ความลึกของน้ำ

ความเร็วของคลื่นในเส้นเชือก จะแปรผันตรงตามรากที่สองของแรงตึงเชือก

v= √(FT/μ)

                                    โดย    μ คือ สัมประสิทธิ์ความตึงเชือก = m/L
                                            m คือ มวลของเชือก
                                            L คือ ความยาวเชือก

สมบัติของคลื่น

ฟิสิกส์ ม.ปลาย เรื่อง คลื่น - สมบัติของคลื่น - การสะท้อนของคลื่น

การสะท้อนของคลื่น เกิดขึ้นเมื่อคลื่นเคลื่อนที่ไปเจอสิ่งกีดขวางแล้วสะท้อนกลับออกมา มีสูตรคือ

กฎการสะท้อน : มุมตกกระทบ (θ1) = มุมสะท้อน (θ2)

ฟิสิกส์ ม.ปลาย เรื่อง คลื่น - สมบัติของคลื่น - การหักเหของคลื่น

การหักเหของคลื่น เกิดจากการที่คลื่นเคลื่อนที่จากตัวกลางหนึ่งไปอีกตัวกลางหนึ่ง มีสูตรคือ

sinθ1/sinθ2 = v1/v2  = n2/n1 = λ1

มุมวิกฤต (θC) คือ มุมที่ทำให้เกิดการสะท้อนกลับหมด มีสูตรคือ
sinθC = v1/v2  = n2/n1 = λ1

ฟิสิกส์ ม.ปลาย เรื่อง คลื่น - สมบัติของคลื่น - การแทรกสอดของคลื่น

การแทรกสอดของคลื่น เกิดจากการที่คลื่นสองขบวนที่อยู่ในตัวกลางเดียวกันเคลื่อนที่มาพบกัน ทำให้เกิดคลื่นลัพธ์ที่เกิดจากการรวมกันของคลื่นทั้งสองขบวน มีสูตรคือ

แหล่งกำเนิดคลื่นอาพันธ์เฟสตรงกัน :

เมื่ออยู่บนแนวปฏิบัพ

|S1P – S2P| =  d sinθ = nλ

เมื่ออยู่บนแนวบัพ

|S1P – S2P| = d sinθ = (n – (1/2))λ

* แต่ถ้าเป็นแหล่งอาพันธ์เฟสตรงข้ามกัน
ให้สลับสูตรระหว่างปฏิบัพและบัพ

ฟิสิกส์ ม.ปลาย เรื่อง คลื่น - สมบัติของคลื่น - การเลี้ยวเบนของคลื่น

การเลี้ยวเบนของคลื่น เกิดจากการที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่านสิ่งกีดขวาง

กฎการเลี้ยวเบน
1. แต่ละจุดบนหน้าคลื่นเป็นแหล่งกำเนิดแบบจุด
2. ทำให้เกิดคลื่นรูปวงกลมใหม่
3. คลื่นลูกใหม่มี v และ f เท่าเดิม
4. หน้าคลื่นใหม่เกิดจากการรวมกันของคลื่นวงกลมเยอะ ๆ โดยสามารถสร้างให้เห็นภาพได้ด้วยการลากเส้นสัมผัสเชื่อมคลื่นวงกลม

คลื่นนิ่ง

ฟิสิกส์ ม.ปลาย เรื่อง คลื่น - คลื่นนิ่ง

คลื่นนิ่ง เกิดจากการที่คลื่นสองขบวนที่มีแอมพลิจูดเท่ากัน มีความยาวคลื่นเท่ากัน และมีอัตราเร็วเท่ากัน เคลื่อนที่สวนทางกันในแนวเส้นตรงเดียวกัน

หนึ่ง loop จะมีความยาว λ/2 มีสูตรคือ

L = λ/2 × (จำนวน loop)

Harmonic ที่ n หาได้จาก

fn = nv/2L

ตัวอย่างข้อสอบ เรื่อง คลื่น

แหล่งกำเนิดคลื่นอาพันธ์เฟสตรงกันสองแหล่งห่างกัน 8 เซนติเมตร ถ้าแหล่งกำเนิดคลื่นทั้งสองทำให้เกิด
คลื่นผิวน้ำที่มีความถี่เท่ากันและความยาวคลื่น 2.5 เซนติเมตร จงหาว่าบนเส้นตรงที่เชื่อมระหว่างแหล่งกำเนิดทั้งสอง
คลื่นรวมที่เกิดจากการแทรกสอดมีบัพทั้งหมดกี่บัพ (A – Level ฟิสิกส์ 67)
1. 4          2. 5          3. 6          4. 7          5. 8
 
วิธีทำ
จากสมการของการแทรกสอดของคลื่นแนวบัพ d sinθ = (n – (1/2))λ
เมื่อคำนวณ ณ เส้นตรงที่เชื่อมระหว่างแหล่งกำเนิดทั้งสอง ให้แทนค่ามุมเป็น 90 องศา ซึ่งจะเป็นการคิดเพียงครึ่งฝั่งเดียวก่อน
(8) sin(90°) = (n – (1/2))(2.5)
(8)(1) = 2.5n – 1.25
8 + 1.25 = 2.5n
9.25 = 2.5n
n = 3.7
จะได้ว่า แต่ละฝั่ง จะมีตำแหน่งบัพ 3 บัพ
ดังนั้น รวมทั้งสองฝั่ง จะมีตำแหน่งบัพ 6 บัพ

ตอบ 3. 6

คุยกันท้ายบท

     จะเห็นได้ว่า คลื่น ในฟิสิกส์ ม.ปลาย เป็นพื้นฐานในการเรียนวิชาฟิสิกส์ ซึ่งถ้าน้องคนไหน ไม่มีความรู้ความเข้าใจที่แท้จริงก็จะยิ่งสร้างปมปัญหาต่อมาถึงบทถัดไป ดังนั้น ควรทบทวน คลื่น ให้คล่องที่สุด

     หลังจากน้อง ๆ ทุกคนได้ สรุปฟิสิกส์ ม.ปลาย เรื่อง คลื่น กันแล้ว สำหรับ TCAS นี้หวังว่าจะช่วยให้น้อง ๆ อ่านหนังสือได้ง่ายขึ้น และจะเห็นว่าหลายคณะ ต้องใช้คะแนนสอบค่อนข้างสูง น้อง ๆ ทุกคนควรจะรีบเตรียมตัวตั้งแต่วันนี้ ดังนั้น พี่ PANYA ขอแนะนำคอร์ส ฟิสิกส์ A – Level TCAS จาก PANYA SOCIETY ซึ่งเป็นคอร์ส เตรียมตัวสอบ TCAS ฉบับสมบูรณ์แบบ ที่ Update ล่าสุด ได้ทั้งทบทวนเนื้อหา ม.4-5-6 ไปพร้อมกับเก็งข้อสอบแนวรูปแบบใหม่ ฝึกทำข้อสอบเพียบ ทบทวนเต็มที่ เก็งข้อสอบแม่นยำ พร้อมทำโจทย์แนวใหม่ ไม่ตกเทรนด์ พร้อมกับโค้ชผู้ช่วยส่วนตัวที่ถาม-ตอบได้ตลอด 24 ชั่วโมง

     ไร้กังวล ติวกับ PANYA SOCIETY ข้อสอบ TCAS จะเปลี่ยนไปแค่ไหน พี่ ๆ จะตามติดพัฒนาคอร์สไปพร้อมกับ Test Blueprint ใหม่ล่าสุด ไม่พลาดแน่นอน!!!

🔥ติวเตอร์คนเก่ง🔥

บทที่ 8 การเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่าย

บทที่ 10 แสงเชิงคลื่น coming soon...

เรียนสนุก ทำโจทย์คล่อง สอบให้ติด

: คอร์สแนะนำ :

SHARE:

กวดวิชาประดิษฐ์ปัญญา