คลื่นเสียง

คุณสมบัติของคลื่นเสียง

เสียงมีสมบัติของคลื่นครบทั้ง 4 ประการ                                                                                                                          คือ สะท้อน หักเห แทรกสอด และเลี้ยวเบน ดังนี้                      1 เสียงสะท้อน            การสะท้อนของเสียง คือ  เสียงจากแหล่งกำเนิดเสียง            ตกกระทบวัตถุแล้วสะท้อนกลับมาที่เดิม                เสียงสะท้อนกลับ คือเสียงที่สะท้อนกลับมาสู่หู           ช้ากว่าเสียงที่ตะโกนออกไปเกิน วินาทีหูจึงจะสามารถ           แยกเสียงที่ตะโกนกับเสียงสะท้อนกลับมาได้                      การสะท้อนของคลื่นจะเกิดขึ้นได้ีเมื่อวัตถุหรือสิ่งกีด           ขวาง มีขนาดโตกว่าความยาวคลื่นที่ตกกระทบ              2 การหักเหของเสียง            เสียงเคลื่อนที่จากตัวกลางหนึ่งผ่านไปยังอีกตัวกลาง            จะเกิดการหักเหเช่นเดียวกับคลื่นผิวน้ำเช่นเห็นฟ้าแลบ           โดยไม่ได้ยินเสียงฟ้าร้องเนื่องจากคลื่นเสียงเคลื่อนท ี่          ผ่านอากาศร้อนได้เร็วกว่าอากาศเย็นอัตราเร็วของเสียง           จึงน้อยกว่าบริเวณใกล้ผิวโลก              3 การแทรกสอดของเสียง เสียงมีคุณสมบัติสามารถ            แทรกสอดกันได้เมื่อฟังเสียงบริเวณที่มีการแทรกสอด            กันจะได้ยินเสียงดังค่อยต่างกันซึ่งจะได้ศึกษาต่อไป            4 การเลี้ยวเบนของเสียง             เสียงสามารถเคลื่อนที่อ้อมสิ่งกีดขวางไปด้านหลังของ             สิ่งกีดขวางได้ เช่นเดียวกับ คลื่นผิวน้ำ ซึ่งจะพบเห็นใน             ชีวิตประจำวันอยู่เสมอ

คลื่นแสง

ภาพนี้คัดลอกมาจาก Nick Strobel's Astronomy Notes, http://www.astronomynotes.com/, copyright 1998-2002 by Nick Strobel.

---

ลักษณะความเป็นคลื่นของแสง   แสง หมายถึง คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ประกอบด้วยสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าตั้งฉากซึ่งกันและกัน เคลื่อนที่ไปพร้อมกัน โดยทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่นตั้งฉากกับทิศทางของสนามทั้งสอง (ดูภาพประกอบ) ลักษณะความเป็นคลื่นของแสงระบุได้ด้วยสมบัติอย่างใดอย่างหนึ่งใน 3 อย่าง กล่าวคือ ความยาวคลื่น (): ระยะระหว่างยอดคลื่น(crest)ที่อยู่ติดกัน วัดในหน่วยความยาว เช่น เมตร เซนติเมตร เป็นต้น ความถี่คลื่น (f): จำนวนการสั่นไหวของคลื่น (wave oscillatation) หรือ จำนวนลูกคลื่นต่อวินาที วัดในหน่วย cm-1 (Hz) ความเร็วคลื่น (V): สัมพันธ์กับความยาวคลื่นและความถี่คลื่นดังสมการ  V  =  f วัดในหน่วย เมตรต่อวินาที เป็นต้น     กรณีของคลื่นแสง,  v คือ ความเร็วแสง c = 3x108 เมตรต่อวินาที ซึ่งเป็นค่าคงที่ ดังนั้น คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นสั้น จะมีความถี่คลื่นสูง คลื่นที่มีความยาวคลื่นยาวจะมีความถี่ต่ำ   คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกชนิด ไม่ว่าจะเป็นคลื่นวิทยุ ไมโครเวพ อินฟราเรด อัลตราไวโอเล็ต รังสีเอ็กซ์ รังสีแกมมา ฯลฯ เคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากันหมด คือ ความเร็วแสง แม้ว่าคลื่นแต่ละชนิดดังกล่าวจะมีพลังงานไม่เท่ากัน     สมบัติความเป็นคลื่นของแสงได้รับการยืนยันจากการทดลองเกี่ยวกับการสะท้อน การหักเห การเลี้ยวเบน และการแทรกสอดว่ามีอยู่จริงและสามารถคำนวณผลลัพธ์ได้อย่างถูกต้อง เช่น การทดลองให้แสงผ่านช่องเล็กยาวแบบคู่ของทอมัส ยัง ในปี ค.ศ.1801 พบว่ามีการแทรกสอดของคลื่นแสงจากเส้นสว่างและมืดสลับกันอย่างชัดเจน  คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดแรกที่ถูกค้นพบ คือ คลื่นวิทยุ พบโดย ไฮน์ริช แฮตซ์ ในห้องทดลองที่เบอร์ลินในปี 1888 ลักษณะความเป็นอนุภาคของแสง     แสง ประกอบด้วยกลุ่มอนุภาคขนาดเล็ก แต่ละอนุภาคมีมวลน้อยมากจนถือว่าปราศจากมวล เคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสง   อนุภาคดังกล่าวเราเรียกว่า โฟตอน พลังงานของแต่ละโฟตอนมีค่าเท่ากับ hf เรียกว่าปริมาณ 1 ควอนตัม   โดย h คือ ค่าคงที่ของพลังค์ = 6.63x10-34 J s และ  f คือ ความถี่คลื่นแสง     ผู้ที่เสนอความคิดว่าแสงประกอบด้วยกลุ่มก้อนพลังงานที่เรียกว่า ควอนตา เป็นคนแรกคือ มักซ์ พลังค์ ในปี 1900ผู้ที่พิสูจน์เป็นคนแรกว่าแสงประกอบด้วยลำโฟตอน คือ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ จากการตีพิมพ์คำอธิบายเกี่ยวกับ ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก ในปี 1905 ตกลงว่า แสง เป็น คลื่น หรือ อนุภาค ? คำตอบ:  แสงเป็นได้ทั้งคลื่นและอนุภาค มีลักษณะของภาพที่ปรากฎที่เรียกว่า ทวิภาพของคลื่น/อนุภาค แต่จะแสดงภาพ   ความเป็นคลื่นหรืออนุภาคเพียงอย่างหนึ่งอย่างใดภายใต้สภาวการณ์หนึ่งเท่านั้น  เช่น หากให้แสงผ่านช่องเล็กยาว  แบบคู่ แสงจะแสดงภาพเป็นคลื่น แต่ถ้าควบคุมให้แสงค่อยๆ ผ่านช่องเล็กยาวแบบเดี่ยวแสงจะแสดงภาพเป็นอนุภาค

ความร้อน
-พลังงานความร้อน
-พลังงานความร้อนกับการเปลี่ยนสถานะของสาร
-สมดุลความร้อน
-การถ่ายเทความร้อน
-สมบัติของแก๊สในอดมคติ
-กฎของบอยด์(Robert Boyle)
-กฎของชาร์ล(Charles’s law)
-กฎของเกย์-ลูกแซก(Gay-Lussac’s law)
-แบบจำลองของแก๊ส
-ทฤษฎีจลน์ของแก๊ส
-การหาอุณหภูมิผสมและความดันผสมจากทฤษฎีจลน์ของแก๊ส
-พลังงานภายในระบบ
-การประยุกต์
-ตัวอย่างการคำนวณ

-พลังงานความร้อน

     พลังงานความร้อน

        จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี

พลังงานความร้อน หรือ พลังงานอุณหภาพ เป็น รูปแบบหนึ่งของพลังงาน 

มนุษย์เราได้พลังงานความร้อนมาจากหลายแห่งด้วยกัน

 เช่น จากดวงอาทิตย์, พลังงานในของเหลวร้อนใต้พื้นพิภพ , การเผาไหม้ของเชื้อเพลิง, พลังงานไฟฟ้า, พลังงานนิวเคลียร์ 

พลังงานน้ำในหม้อต้มน้ำ, พลังงานเปลวไฟ ผลของความร้อนทำให้สารเกิดการเปลี่ยนแปลง 

เช่น อุณหภูมิสูงขึ้น หรือมีการเปลี่ยนสถานะไป และนอกจากนี้แล้ว พลังงานความร้อน 

 ยังสามารถทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมีได้อีกด้วย

หน่วยที่ใช้วัดปริมาณความร้อน คือ แคลอรี่ โดยใช้เครื่องมือที่เรียกว่า แคลอรี่มิเตอร์

[แก้]     อุณหภูมิและหน่วยวัด

ในชีวิตประจำวันเราจะคุ้นเคยกับการใช้พลังงานความร้อน (thermal energy) อยู่เสมอ 

พลังงานความร้อนเป็นพลังงานที่สามารถถ่ายเทจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งได้ อันเนื่องมาจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ

 เมื่อวัตถุดูดกลืนพลังงานความร้อนจะทำให้วัตถุมีอุณหภูมิสูงขึ้น

 จึงเกิดการถ่ายเทพลังงานความร้อนให้กับวัตถุอื่นที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า ซึ่งต้นกำเนิดของพลังงานความร้อนมาจากดวงทิตย์ 

การเผาไหม้ของเชื้อเพลิง การขัดถูกันของวัตถุ และจากพลังงานไฟฟ้า 

วัตถุเมื่อได้รับพลังงานความร้อนจะมีอุณหภูมิสูงขึ้น อุณหภูมิเป็นปริมาณที่บอกให้ทราบถึงระดับความร้อนของวัตถุ

 เครื่องมือที่ใช้วัดอุณหภูมิมีหลายชนิดที่นิยมใช้กันมากคือ เทอร์มอมิเตอร์ 

ซึ่งเป็นเครื่องมือที่ใช้หลักการขยายตัวของของเหลวเมื่อได้รับความร้อน

 มีลักษณะเป็นหลอดแก้วยาว ปลายทั้งสองข้างปิด ปลายหลอดข้างหนึ่งเป็นกระเปาะ

 ซึ่งบรรจุของเหลวที่ขยายตัวได้ง่ายเมื่อได้รับความร้อน และหดตัวได้ง่ายเมื่อได้รับความเย็น

 ของเหลวที่บรรจุอยู่ภายในเทอร์มอมิเตอร์นิยมใช้ปรอทซึ่งมีสีเงิน 

แต่บางทีก็ใช้แอลกอฮอล์ผสมสีบรรจุในเทอร์มอมิเตอร์แทนปรอท

หน่วยที่ใช้วัดอุณหภูมิที่นิยมกันอย่างแพร่หลายคือ องศาเซลเซียส ( ํC)

 องศาฟาเรนไฮต์ ( ํF) และเคลวิน (K) โดยกำหนดว่า

 อุณหภูมิที่เป็นจุดเยือกแข็งของน้ำบริสุทธิ์ คือ 0 องศาเซลเซียส หรือ 32 องศาฟาเรนไฮต์

 หรือ 273 เคลวิน และอุณหภูมิที่เป็นจุดเดือดของน้ำบริสุทธิ์ คือ 100 องศาเซลเซียส หรือ 212 องศาฟาเรนไฮต์ 

หรือ 373 เคลวิน

สมบัติคลื่นกล

คลื่นกล
-การจำแนกคลื่นกล
-คลื่นกับการส่งผ่านพลังงาน
-คลื่นบนเส้นเชือกและผิวน้ำ
-ส่วนประกอบของคลื่น
-อัตราเร็วของคลื่น
-การบอกตำแหน่งของการเคลื่อนที่แบบคลื่น
-ถาดคลื่น
 -หน้าคลื่น
-คลื่นดลและคลื่นต่อเนื่อง
-การซ้อนทับของคลื่น
-สมบัติของคลื่น
-การสะท้อนของคลื่น
-การหักเหของคลื่น
-การแทรกสอดของคลื่น
-คลื่นนิ่ง
-การสั่นพ้อง
-การเลี้ยวเบนของคลื่น


-สมบัติของคลื่น

1. คลื่นหมาย ถึง
คลื่น (Wave) คือปรากฏการที่เกิดจากการรบกวนแหล่งกำเนิด หรือตัวกลาง
เกิดการสั่นสะเทือน ทำให้มีการแผ่หรือถ่ายโอนพลังงานจากการสั่นสะเทือนไป
ยังจุดต่าง ๆ โดยที่ตัวกลางนั้นไม่มีการเคลื่อนที่ไปกับคลื่น

2. คลื่นสามารถเคลื่อนที่ ได้ 2 ลักษณะคือ
1. คลื่นที่อาศัยตัวกลาง ได้แก่ คลื่นกล หรือคลื่นยืดหยุ่น
(Mechanical Wave หรือ Elastic Wave) คือ เช่น คลื่นเสียง, คลื่นน้ำ,
คลื่นในเส้นเชือก เป็นต้น
2. คลื่นที่ไม่อาศัยตัวกลาง ได้แก่ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
(Electromagnetic Wave ) เป็น คลื่นที่ไม่ต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่
เช่น คลื่นแสง, คลื่นวิทยุ เป็นต้น

3. คลื่นกลหมาย ถึง คลื่นที่อาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ โดยตัวกลาง
จะเกิดการสั่นทำให้เกิดการส่งผ่านพลังงานจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง

4. คลื่นตามยาว คือ คลื่นที่ทำให้อนุภาคของตัวกลางที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่าน
มีการเคลื่อนที่ไปกลับในทิศทางที่เดียวกันกับทิศทางการเคลื่อนของคลื่น
เช่น คลื่นเสียง, คลื่นในสปริง เป็นต้น

5. คลื่นตามขวาง คือ คลื่นที่ทำให้อนุภาคของตัวกลางที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่าน
มีการเคลื่อนที่ไปกลับในทิศทางที่ตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนของคลื่น
เช่น คลื่นน้ำ, คลื่นในเส้นเชือก เป็นต้น

6. องค์ประกอบของคลื่นได้แก่ ภาพแสดงส่วนประกอบต่าง ๆ
ของคลื่นตามขวาง



ก. สันคลื่น ( Crest ) คือ ตำแหน่งสูงสุดของคลื่น จากภาพ คือจุด B และ F

ข. ท้องคลื่น (Trough) คือ ตำแหน่งต่ำสุดของคลื่น จากภาพ คือจุด D



ค. การกระจัด ( Displacement , d) คือ ระยะทางตั้งฉากที่วัดจากตำแหน่งสมดุลไปยังตำแหน่งบนคลื่นมีเครื่องหมายเป็น + และ - แทนทิศทางการกระจัด
ง. แอมพลิจูด ( Amplitude ,A) คือ ระยะการกระจัดที่วัดจากแนวสมดุลไปยังตำแหน่งสูงสุดหรือต่ำสุดของคลื่น จากภาพ แอมพลิจูก คือ D
จ. ความยาวคลื่น ( Wave length ) คือ ระยะห่างระหว่างตำแหน่ง (เฟส) หนึ่งถึงตำแหน่งหนึ่งที่ตรงกันของคลื่นลูกถัดไป ซึ่งวัดได้จากจุดเริ่มต้นของคลื่นถึงจุดสุดท้ายของคลื่น จากภาพคือระยะ A



ช่วงความยาว 1 ลูกคลื่นหมาย ถึงระยะที่วัดจากสันคลื่นถึง สันคลื่น
หรือระยะที่วัดจากท้อคลื่นถึงท้องคลื่น ตามภาพคือ ระยะAFและ DI เช่นกัน
หมายถึง ระยะ BGและ EJ ด้วย

7. ความสัมพันธ์ ระหว่างความยาวคลื่น ความเร็วและความถี่คือ



V = λ /T หรือ V = f λ


8. ความสัมพันธ์ ระหว่างคาบและความถี่คือ








9. คุณสมบัติของคลื่นได้แก่

1.การสะท้อน (reflection)
2. การหักเห (refraction)
3.การเลี้ยวเบน (diffraction) เกิดจากคลื่นเคลื่อนที่ไปพบสิ่งกีดขวาง
ทำให้คลื่นส่วนหนึ่งอ้อมบริเวณของสิ่งกีดขวางแผ่ไปทางด้านหลัง
ของสิ่งกีดขวางนั้น
4. การแทรกสอด (interference) เกิดจากคลื่นสองขบวนที่เหมือนกันทุก
ประการเคลื่อนที่มาพบกัน แล้วเกิดการซ้อนทับกัน ถ้าเป็นคลื่นแสงจะเห็น
แถบมืดและแถบสว่างสลับกัน ส่วนคลื่นเสียงจะได้

10. หลักการของคุณสมบัติการสะท้อนคือ เกิดจากคลื่นเคลื่อนที่ไปกระทบ
สิ่งกีดขวาง แล้วเปลี่ยนทิศทางกลับสู่ตัวกลางเดิม

11. สัตว์ในธรรมชาติที่ใช้หลักการคุณสมบัติการสะท้อนได้แก่ ค้างคาว โลมา

12. การหักเหจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อ เมื่อ คลื่นเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางที่ต่างกัน
แล้วทำให้อัตราเร็วเปลี่ยนไป

13. การเกิดฟ้าแลบโดยไม่ได้ยินเสียงฟ้าร้องมีสาเหตุมาจาก มีการหักเห
ของคลื่นขณะเคลื่อนที่ผ่านอากาศก่อนที่จะมาถึงหูเรา

14. การเลี้ยวเบนหมายถึง คลื่นเคลื่อนที่ไปพบสิ่งกีดขวาง ทำให้คลื่น
ส่วนหนึ่งอ้อมบริเวณของสิ่งกีดขวางแผ่ไปทางด้านหลังของสิ่งกีดขวางนั้น

15. การแทรกสอดหมายถึง คลื่นสองขบวนที่เหมือนกันทุกประการ
เคลื่อนที่มาพบกัน แล้วเกิดการซ้อนทับกัน ถ้าเป็นคลื่นแสงจะเห็นแถบมืด
และแถบสว่างสลับกัน ส่วนคลื่นเสียงจะได้

16. การแทรกสอดมี 2 ลักษณะคือ
1 การสอดแทรกแบบหักล้าง
2 การสอดแทรกแบบเสริมกัน

17. การแทรกสอดแบบหักล้างกันเกิดจาก คลื่นสองกระบวน
มีเฟสตรงข้ามกัน180 องศาเคลื่อนเข้าหากันในทิศทางตรงกันข้าม
หรือ สอดแทรกกัน

18. การแทรกสอดแบบเสริมกันเกิดจาก คลื่นสองกระบวนมีเฟสตรงกัน
เคลื่อนเข้าหากันในทิศทางตรงกันข้าม
หรือ สอดแทรกกันพอดี

19. เมื่อคลื่นจากแหล่งกำเนิด 2 แหล่งที่มีความถี่ต่างกันเล็กน้อย
เคลื่อนที่มาพบกันจะเกิดปรากฏการณ์ที่ เรียนว่า บีตส์
และมี ลักษณะเป็นเสียงดังค่อย ดังค่อยสลับกันไป

20. นักดนตรีใช้หลักการของบีตส์มาใช้ สำหรับการ
ตั้งเสียงเครื่องดนตรีให้ตรงกัน



เรื่องคลื่นลักษณะของคลื่นเสียง
ธรรมชาติของคลื่นเสียง การได้ยิน

จุดประสงค์การเรียนรู้/ผลการเรียนรู้ที่คาดหวัง
มีความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับการเกิด ลักษณะของคลื่นเสียง
ธรรมชาติของคลื่นเสียง การได้ยิน

1. คลื่นเสียงเกิดจาก คลื่นเสียง เป็น คลื่นตามยาวซึ่งหู
ของคนเราสามารถได้ยินเสียงได้ โดยคลื่นนี้มีความถี่
ตั้งแต่ประมาณ 20 Hz ถึง 20,000 Hz ความถี่เสียงในช่วงนี้เรียกว่า
audio frequency

เสียงที่คนเราสามารถได้ยินแต่ละเสียงอาจเหมือนกันหรือแตกต่างกัน
ขึ้นอยู่กับคุณลักษณะของเสียงซึ่งมีอยู่ 3 ข้อ คือ

1. ความดัง (Loundness) หมายถึง ความรู้สึกได้ยินของมวลมนุษย์ว่า
ดังมากดังน้อย ซึ่งเป็นปริมาณที่ไม่อาจวัดด้วยเครื่องมือใด ๆ ได้โดยตรง
ความดังเพิ่มขึ้นตามความเข้มเสียง ความรู้สึกเกี่ยวกับความดังจะ
เป็นสัดส่วนโดยตรงกับระดับความเข้มเสียง โดยถ้า I แทนความเข้มเสียง
ความดังของเสียงจะแปรผันโดยตรงกับ log I หรืออาจกล่าวได้ว่า
ความดังก็คือระดับความเข้มเสียงนั่นเอง
หูของคนสามารถรับเสียงที่มีความดังน้อยที่สุดคือ 0 dB
และมากที่สุดคือ 120 dB
2. คุณภาพของเสียง (quality) หมายถึง คุณลักษณ์ของเสียง
ที่เราได้ยิน เมื่อเราฟังเพลงจากวงดนตรีวงหนึ่งนั้น เครื่องดนตรี
ทุกชนิดจะเล่นเพลงเดียวกัน แต่เราสามารถแยกได้ว่า
เสียงที่ได้ยินนั้นมาจากดนตรีประเภทใด เช่น มาจากไวโอลิน
หรือเปียโน เป็นต้นการที่เราสามารถแยกลักษณะของเสียงได้นั้น
เพราะว่าคลื่นเสียงทั้งสองมีคุณภาพของเสียงต่างกัน
คุณภาพของเสียงนี้ขึ้นอยู่กับ จำนวนโอเวอร์โทนที่เกิดจาก
แหล่งกำเนิดเสียงนั้น ๆ และแสดงออกมาเด่น จึงไพเราะต่างกัน
นอกจากนี้คุณภาพของเสียงยังขึ้นกับ ความเข้มของเสียงอีกด้วย

3. ระดับเสียง (pitch) หมายถึง เสียงที่มีความยาวคลื่น
และความถี่ต่างกัน โดยเสียงที่มีความถี่สูงจะมีระดับเสียงสูง
ส่วนเสียงที่มีความถี่ต่ำจะมีระดับเสียงต่ำ

2. คลื่นเสียงเป็นคลื่น ตามยาว มี ลักษณะ การเคลื่อนที่
ของอนุภาคตัวกลาง ไปในทิศทางเดียวกับ การเคลื่อนที่ของคลื่น.

3. จากลักษณะของรูปคลื่นไซน์ ส่วนอัดหมายถึง
ส่วนที่ค่าของ sin เป็นบวก
ส่วนขยายหมายถึง ส่วนที่ค่าของ sin เป็นลบ

4. ช่วงความถี่ที่มนุษย์สามารถรับรู้ได้ คือ 20 – 20,000 Hz

5. หูของคนเราประกอบไปด้วย 3 ส่วนที่สำคัญคือ