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
การจำแนกคลื่น
การจำแนกคลื่น
คลื่นตามยาว : อนุภาคมีการสั่นในระนาบเดียวกับการเคลื่อนที่ของคลื่น
คลื่นตามขวาง : อนุภาคมีการสั่นในทิศตั้งฉากกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่น
2. แบ่งตามความจำเป็นที่ต้องใช้ตัวกลาง
คลื่นกล : ต้องใช้ตัวกลางในการเคลื่อนที่
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า : ไม่จำเป็นต้องใช้ตัวกลางในการเคลื่อนที่
3. แบ่งตามลักษณะการกำเนิดคลื่น
คลื่นดล : กำเนิดคลื่นเพียงลูกคลื่นเดียว
คลื่นต่อเนื่อง : กำเนิดคลื่นหลายลูกคลื่นติดต่อกัน
ส่วนประกอบของคลื่น
การกระจัดของคลื่น (y) คือ ตำแหน่งของอนุภาคของคลื่นเมื่อวัดจากจุดสมดุล
แอมพลิจูดของคลื่น (A) คือ ระยะการกระจัดสูงสุดของคลื่น วัดจากจุดสมดุลถึงสันคลื่นหรือท้องคลื่น
ความยาวคลื่น (λ) คือ ความยาวของคลื่นหนึ่งลูก อาจวัดจากสันคลื่นถึงสันคลื่น หรือท้องคลื่นถึงท้องคลื่น
สมการคลื่น
คลื่น โดยทั่วไป มีสมการคือ
y = A sin(kx) หรือ y = A sin(ωt)
โดย k = 2π/λ
เรียกมุมของ sin ว่า มุมเฟส
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
การสะท้อนของคลื่น เกิดขึ้นเมื่อคลื่นเคลื่อนที่ไปเจอสิ่งกีดขวางแล้วสะท้อนกลับออกมา มีสูตรคือ
กฎการสะท้อน : มุมตกกระทบ (θ1) = มุมสะท้อน (θ2)
การหักเหของคลื่น เกิดจากการที่คลื่นเคลื่อนที่จากตัวกลางหนึ่งไปอีกตัวกลางหนึ่ง มีสูตรคือ
sinθ1/sinθ2 = v1/v2 = n2/n1 = λ1/λ
มุมวิกฤต (θC) คือ มุมที่ทำให้เกิดการสะท้อนกลับหมด มีสูตรคือ
sinθC = v1/v2 = n2/n1 = λ1/λ
การแทรกสอดของคลื่น เกิดจากการที่คลื่นสองขบวนที่อยู่ในตัวกลางเดียวกันเคลื่อนที่มาพบกัน ทำให้เกิดคลื่นลัพธ์ที่เกิดจากการรวมกันของคลื่นทั้งสองขบวน มีสูตรคือ
แหล่งกำเนิดคลื่นอาพันธ์เฟสตรงกัน :
เมื่ออยู่บนแนวปฏิบัพ
|S1P – S2P| = d sinθ = nλ
เมื่ออยู่บนแนวบัพ
|S1P – S2P| = d sinθ = (n – (1/2))λ
* แต่ถ้าเป็นแหล่งอาพันธ์เฟสตรงข้ามกัน
ให้สลับสูตรระหว่างปฏิบัพและบัพ
การเลี้ยวเบนของคลื่น เกิดจากการที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่านสิ่งกีดขวาง
กฎการเลี้ยวเบน
1. แต่ละจุดบนหน้าคลื่นเป็นแหล่งกำเนิดแบบจุด
2. ทำให้เกิดคลื่นรูปวงกลมใหม่
3. คลื่นลูกใหม่มี v และ f เท่าเดิม
4. หน้าคลื่นใหม่เกิดจากการรวมกันของคลื่นวงกลมเยอะ ๆ โดยสามารถสร้างให้เห็นภาพได้ด้วยการลากเส้นสัมผัสเชื่อมคลื่นวงกลม
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
(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!!!
- ปัจจุบันทำงานในบริษัท Start-up ด้านเทคโนโลยีหลายแห่ง
- อดีตเหรียญทองฟิสิกส์โอลิมปิก
- เคยทำงานที่บริษัท Oracle สหรัฐอเมริกา ซึ่งเป็นบริษัทซอฟต์แวร์ระดับ Top 5 ของโลก
- ผู้ร่วมก่อตั้งเว็บไซต์เด็กดีดอทคอม
ตัวอย่างการสอน โดยพี่แชร์
ฟิสิกส์ A-Level
🔥ติวเตอร์คนเก่ง🔥
ดร.ธรรมนิติ์ พิพัฒน์ศรีสวัสดิ์ (พี่นอต)
- อดีต Senior Software Engineer ที่ Google กว่า 10 ปี
- ได้รับทุนเล่าเรียนหลวงไปศึกษาระดับปริญญาตรีด้าน Electrical and Computer Engineering และ computer science ที่ Carnegie Mellon University ที่ประเทศสหรัฐอเมริกา
- จบปริญญาเอกด้าน Artificial Intelligence (AI) พร้อมรางวัลนักเรียนดีเด่นจาก UCLA
- ผลงานวิจัยด้าน Artificial Intelligence (AI) ของอ.นอตได้รับรางวัลงานวิจัยดีเยี่ยมจากสำนักงานคณะกรรมการวิจัยแห่งชาติในปี 2557
- ปัจจุบันทำงานในบริษัท Start-up ด้านเทคโนโลยีหลายแห่ง
- อดีตเหรียญทองฟิสิกส์โอลิมปิก
- ได้รับทุนธนาคารแห่งประเทศไทย ไปศึกษาต่อระดับปริญญาตรีและโท คณะ Electrical and Computer Engineering (วิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์) ที่ Carnegie Mellon University ประเทศสหรัฐอเมริกา โดยจบทั้งสองปริญญาในเวลา 4 ปี
- เคยทำงานที่บริษัท Oracle สหรัฐอเมริกา ซึ่งเป็นบริษัทซอฟต์แวร์ระดับ Top 5 ของโลก
- ผู้ร่วมก่อตั้งเว็บไซต์เด็กดีดอทคอม
- ปริญญาตรี โท เอก คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาฯ
- บัณฑิตศึกษาปริญญาโทที่มีผลการเรียนดีเด่น (รางวัล ดร.แถบ นีละนิธิ)
- อาจารย์พิเศษ วิชาเคมี ห้องเรียนพิเศษ gifted โรงเรียนมัธยม
- วิทยากรรับเชิญ เตรียมสอบ O-NET วิชาวิทยาศาสตร์ ม.ต้น ม.ปลาย
- วิทยากรรับเชิญเตรียมสอบ PAT2 และ วิชาสามัญ (เคมี)
- นิสิตทุนโปรแกรมเกียรตินิยม ปริญญาตรี ครุศาสตรบัณฑิต (เกียรตินิยมอันดับ 1) วิชาเอกภาษาไทยขั้นสูง จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย
- ปริญญาโท ด้านการสอนและการเรียนรู้ MSc Education (Distinction) University of Bristol ประเทศอังกฤษ
- ลำดับที่ 1 สอบแข่งขันรับราชการครูผู้ช่วยวิชาเอกภาษาไทย (ประจวบฯ) ประจำปี พ.ศ.2560
- ผู้เขียนหนังสือเรียนภาษาไทย O-NET ทรูปลูกปัญญา และภาษาไทย วิชาสามัญ veo-online
- วิทยากร โครงการยกระดับผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนระดับชาติ (O-NET) วิชาภาษาไทย โรงเรียนต่าง ๆ ในกรุงเทพฯ
- วิทยากร โครงการอบรมเชิงปฏิบัติ การพัฒนาศักยภาพครูและบุคลากรทางการศึกษาด้านการสอนภาษาไทย (การเรียนรู้เชิงรุก Active Learning)
- ปริญญาตรี ครุศาสตรบัณฑิต จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย สาขาวิชามัธยมศึกษา (มนุษยศาสตร์-สังคมศาสตร์) วิชาเอกสังคมศึกษาขั้นสูง (เกียรตินิยมอันดับ 1)
- ที่ 2 สอบครูผู้ช่วย สนามสอบกรุงเทพมหานคร ปีการศึกษา 2561
- วิทยากรติว O-NET และ 9 วิชาสามัญ โรงเรียนในกรุงเทพมหานคร
- ครูผู้ฝึกซ้อมนักเรียนเข้าแข่งขันความรู้ทางวิชาการ และความเป็นเลิศในรายวิชาสังคมศึกษา ทั้งกฎหมาย รัฐศาสตร์ พุทธศาสนา เศรษฐศาสตร์ และสังคมวิทยา
ตวงรัตน์ แสงโชติ (พี่ตวง)
- กำลังศึกษาปริญญาโท คณะศิลปศาสตร์ สาขาการสอนภาษาอังกฤษ มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์
- ปริญญาตรี คณะอักษรศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย (เกียรตินิยมอันดับหนึ่ง)
- พนักงานต้อนรับบนเครื่องบิน สายการบินนานาชาติกว่า 6 ปี
- ติวเตอร์ภาษาอังกฤษประสบการณ์สอนกว่า 10 ปี ที่เชื่อว่าภาษาเป็นทักษะ ใครๆ ก็เก่งได้แค่ฝึกฝนให้ถูกทาง
นพ.จิรภัทร บุนนาค (พี่หมอไอซ์)
- แพทย์เวชปฏิบัติทั่วไปประจำโรงพยาบาลเอกชน
- ปัจจุบันทำงานเกี่ยวกับ HealthTech ในบริษัทเอกชนด้าน IT
- ผู้ก่อตั้งและพัฒนาแอพแจ้งเตือนมลภาวะทางอากาศทาง Line
- อดีตตัวแทนประเทศไทย แข่งขันคณิตศาสตร์โลก International Mathematics Competition 2011 (IMC)
- ปริญญาตรี แพทยศาสตรบัณฑิต มหาวิทยาลัยเชียงใหม่
- นักเรียนทุนรัฐบาลไปศึกษาต่อที่ประเทศสหรัฐอเมริกา
- ปริญญาตรีสาขาชีวเคมีจาก University of Pennsylvania
- ปริญญาโท-เอกสาขาชีวเคมีจาก California Institute of Technology
- ปัจจุบันทำหน้าที่เป็นนักวิจัยด้านไวรัสวิทยาและวัคซีน
- ได้รับรางวัลวิทยานิพนธ์จากสภาวิจัยแห่งชาติ
- ได้รับรางวัลผลงานวิจัยจากสภาวิจัยแห่งชาติ
- อาจารย์ภาควิชาวิทยาศาสตร์พื้นพิภพ คณะวิทยาศาสตร์
- ตัวแทนประเทศไทยไปแข่งขันฟิสิกส์โอลิมปิก 3 ปี (1996, 1997, 1998)
- อันดับ 1 ทุนเล่าเรียนหลวงสายวิทยาศาสตร์ปี 2541
- ปริญญาตรีสาขาฟิสิกส์ California Institute of Technology
- ปริญญาโท-เอกสาขาอุตุนิยมวิทยาและสมุทรศาสตร์ University of California, Los Angeles
- อาจารย์ประจำโรงเรียนสวนกุหลาบวิทยาลัย
- ปริญญาโท ครุศาสตรมหาบัณฑิต จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย สาขาวิชา การสอนสังคมศึกษา
- ปริญญาตรี ครุศาสตรบัณฑิต จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย สาขาวิชามัธยมศึกษา(มนุษยศาสตร์-สังคมศาสตร์) วิชาเอกสังคมศึกษาขั้นสูง (เกียรตินิยมอันดับ 2)
- เป็นสุดยอดแฟนพันธุ์แท้ “อาณาจักรโรมัน” และแฟนพันธุ์แท้ “เทพปกรณัมกรีก”
