คลื่นเสียง
เกิดจากการสั่นของวัตถุที่เป็นตัวก่อกำเนิดเสียง
พลังงานของการสั่นจะถ่ายโอนให้กับอนุภาคของตัวกลางที่สัมผัสกับตัวก่อเกเสียงนั้น
และอนุภาคเหล่านี้จะถ่ายโอนพลังงานของการสั่นให้อนุภาคของตัวกลางที่อยู่ถัดกันต่อเนื่องกันไป
ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของเสียง ( Sound propagation )
สำหรับคลื่นเสียงในอากาศ เมื่อตัวก่อเกิดเสียงมีการสั่น โมเลกุลของอากาศจะทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการถ่ายโอนพลังงานของการสั่นให้กับโมเลกุลของอากาศที่อยู่รอบๆโดยการชน
กรณีการเคลื่อนที่ของเสียงในอากาศ พบว่าทิศการเคลื่อนที่ของคลื่นเสียงกับทิศการสั่นของอนุภาคของอากาศอยู่ในแนวเดียวกัน ดังนั้น
เสียงจึงเป็นคลื่นเสียงตามยาว
สมบัติของเสียง
......... เนื่องจากเสียงมีลักษณะเป็นคลื่นจึงมีสมบัติเหมือนคลื่นทุกประการคือ
1. การสะท้อนของเสียง
เสียงมีการสะท้อนเหมือนกับคลื่น เป็นไปตามกฏการสะท้อน โดยที่เมื่อเสียงเคลื่อนที่จาก
ตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยไปยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากจะมีการสะท้อนของคลื่นเสียงเกิดขึ้นซึ่งเฟสจะเปลี่ยนไป 180 องศา แต่ถ้าเสียงเคลื่อนที่จากตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากไปยัง
ตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยจะมีการสะท้อนเพียงบางส่วนซึ่ง การสะท้อนนี้คลื่นเสียงจะมีเฟสเท่าเดิม
สิ่งที่จะสะท้อนเสียงได้ มีความยาวอย่างน้อยเท่ากับความยาวคลื่น
ปรากฏการณ์การสะท้อนของคลื่นเสียง
1) เสียงก้อง(Echo)............คือการสะท้อนของเสียงกลับซึ่งสามารถรับฟังได้ เมื่ออยู่ห่างตัวกลางที่ทำให้เกิดการสะท้อนของเสียงมากกว่า 17 เมตร เพราะหูของคนเราจะสามารถแยกเสียงครั้งที่ 1และ 2 ได้เมื่อเสียงนั้นห่างกันอย่างน้อย 0.1 วินาที
เราสามารถหาระยะทางระหว่างผู้ฟังถึงตัวกลางที่ทำให้เกิด การสะท้อนได้
จาก S = Vt
โดยที่ S = ระยะทาง มีหน่วยเป็นเมตร
V = ความเร็ว มีหน่วยเป็นเมตร/วินาที
t = เวลา มีหน่วยเป็นวินาที
ตัวอย่างการคำนวณ:
1.ชายคนหนึ่งตะโกนในหุบเขาได้ยินเสียงสะท้อนกลับมาในเวลา 4 วินาที ขณะนั้นอุณหภูมิของอากาศ 15 องศาเซลเซียส
วิเคราะห์:
เสียงเดินทางไป - กลับ ใช้เวลา 4 วินาที
เสียงเดินทางเทียวเดียวใช้เวลาเพียงครึ่งหนึ่ง เวลา = 2 วินาที
อัตราเร็วของเสียงในอากาศ เมื่ออุณหภูมิ 15 องศาเซลเซียส
2. ชายคนหนึ่งเป่านกหวีดอยู่หน้ากำแพงซึ่งได้ยินเสียงก้องหลังเป่า 2.1 วินาที ต่อมาเดินเข้า ไปใกล้อีก 50 เมตร จะได้ยินเสียงก้องหลังเป่า 1.8 วินาที จงหาว่าชายคนนี้ยืนห่างจาก กำแพงกี่เมตรในตอนแรก
2) คลื่นนิ่ง
เมื่อคลื่นเสียงเคลื่อนที่จากแหล่งกำเนิด เข้าหาสิ่งกีดขวางจะสะท้อนกลับทำให้เกิดคลื่นนิ่งดังรูป
ตำแหน่ง Antinode เสียงดัง ตำแหน่ง Node เสียงจะค่อย
ตัวอย่างการคำนวณ
1. ผู้ขับรถยนต์คันหนึ่งกำลังเปิดรับฟังวิทยุฟังรายการจากสถานีแห่งหนึ่ง ขณะที่รถกำลัง
เคลื่อนที่เขาหาตึกใหญ่ข้างหน้าด้วยความเร็ว 1 เมตร/วินาที เขาสังเกตว่าวิทยุเงียบ ไป 2 ครั้งใน 3 วินาที คลื่นวิทยุนั้นมีความยาวคลื่นเท่าไร
วิเคราะห์ :
คลื่นวิทยุเคลื่อนที่เข้าหาตึกจะสะท้อนกลับรวมกับคลื่นเดิมเป็นคลื่นนิ่ง ทำให้เกิดตำแหน่ง บัพ (Node) เสียงเงียบ และตำแหน่งปฏิบัพ ( Antinode) เสียงดัง เมื่อรถเคลื่อนที่ผ่านเสียงเงียบ 2 ครั้งใน 3 วินาที
วิธีทำจากรูป ระยะที่เสียงเงียบหายไป 2 ครั้ง จะเท่ากับความยาวคลื่นหาความยาวS = v.t= 1x3= 3 เมตรตอบ คลื่นวิทยุมีความยาวคลื่น 3 เมตร
2. การหักเห
การหักเหของคลื่นเสียงคือการเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่นเสียง เมื่อคลื่นเสียงเคลื่อนที่จากตัวกลางหนึ่งไปอีกตัวกลางหนึ่งที่มีความหนาแน่นต่างกัน สามารถสรุปความสัมพันธ์ได้ดังนี้
คลื่นเสียงจะเบนออกจากเส้นปกติเมื่อเคลื่อนที่จากบริเวณที่มีอุณหภูมิต่ำไปยังบริเวณที่มีอุณหภูมิสูง หรือจากบริเวณที่มีความเร็วน้อยไปยังตัวกลางที่มีความเร็วมาก
ตัวอย่างการคำนวณ
ถ้าอัตราเร็วของเสียงในน้ำและในอากาศ เท่ากับ 1400 และ 350 เมตร/วินาที ตามลำดับ เสียงระเบิดจากใต้น้ำเดินทางมากระทบผิวน้ำด้วยมุมตกกระทบ 30 องศา จงหา sin ของมุมหักเห
ตัวอย่าง เกี่ยวกับการหักเห เช่นฟ้าแลบแล้วยังไม่ได้ยินเสียงฟ้าร้อง เพราะการหักเห
มุมวิกฤต
คือ มุมตกกระทบที่ทำให้มุมหักเหเท่ากับ 90 คลื่นเสียงต้องเคลื่อนที่จากบริเวณที่มีความเร็วน้อยไปสู่บริเวณ ที่มีความเร็วมาก เช่น จากอุณหภูมิต่ำไปยังอุณหภูมิสูงได้สูตร
ถ้ามุมตกโตกว่ามุมวิกฤต คลื่นเสียงจะไม่หักเหแต่ จะสะท้อนกลับหมด
3. การแทรกสอด
คือปรากฎการณ์ที่คลื่นเสียง 2 ขบวนเคลื่อนที่เข้ามาในตัวกลางเดียวกันเกิดการรวมคลื่น กันขึ้นทำให้เกิดการเสริมกันและหักล้างกัน ตำแหน่งที่เสริมกันเรียกว่า ตำแหน่งปฎิบัพ (เสียงดัง) ตำแหน่งที่หักล้างกันเรียกว่า ตำแหน่งบัพ (เสียงจะค่อย)
แหล่งกำเนิดอาพันธ์ คือแหล่งกำเนิดคลื่นเสียงที่มีความถี่เท่ากัน ความยาวคลื่นเท่ากัน
อัตราเร็วเท่ากัน แอมปลิจูดเท่ากัน แต่เฟสอาจจะเท่ากันหรือต่างกันคงที่ก็ได้
ปรากฏการณ์บีตส์(Beat)
เป็นปรากฏการณ์จากการแทรกสอดของคลื่นเสียง 2 ขบวนที่มีความถี่ต่างกันเล็กน้อยและเคลื่อนที่อยู่ในแนวเดียวกันเกิดการรวมคลื่นเป็นคลื่นเดียวกัน ทำให้แอมพลิจูดเปลี่ยนไป เป็นผลทำให้เกิดเสียงดังค่อยสลับกันไปด้วยความถี่ค่าหนึ่ง
ความถี่ของบีตส์ หมายถึงเสียงดังเสียงค่อยที่เกิดขึ้นสลับกันในหนึ่งหน่วยเวลา เช่น ความถี่ของบีตส์เท่ากับ 10 รอบต่อวินาทีหมายความว่าใน 1 วินาทีเสียงดัง 10 ครั้งและเสียงค่อย 10
4. การเลี้ยวเบน
คือการที่คลื่นเสียงเคลื่อนที่ไปพบสิ่งกีดขวางแล้วสามารถเคลื่อนที่อ้อมได้หลัง สิ่งกีดขวางได้อธิบายได้โดยใช้หลักของฮอยเกนต์
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น