ธรรมชาติของคลื่นและชนิดของคลื่น -สมบัติของคลื่น

การจำแนกคลื่นตามลักษณะการอาศัยตัวกลาง แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ

1. คลื่นกล (Mechanical Waves) หมายถึง คลื่นที่ต้องอาศัยตังกลางในการเคลื่อนที่ ถ้าไม่มีตัวกลาง คลื่นกลไม่สามารถเคลื่อนที่ผ่านไปยังที่อื่น ๆ ได้ (พลังงานกลไม่สามารถโอนผ่านไปยังที่อื่น ๆ ได้) คลื่นกลสามารถเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางได้ทุกประเภทไม่ว่าตังกลางนั้นจะเป็นของแข็ง ของเหลว หรือแก๊ส ตัวอย่างเช่น คลื่นน้ำ คลื่นเสียง คลื่นในเส้นเชือก คลื่นในสปริง เป็นต้น ซึ่งคลื่นเหล่านี้สามารถถ่ายทอดพลังงานและโมเมนตัม โดยอาศัยความยืดหยุ่นของตัวกลางสำหรับคลื่นชนิดนี้ อัตราเร็วในตัวกลางชนิดเดียวกันจะมีค่าเท่ากัน

2. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Waves) หมายถึงคลื่นที่ไม่จำเป็นต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ นั่นคือ จะมีตัวกลางหรือไม่มีตัวกลาง คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าก็สามารถเคลื่อนที่ผ่านได้ ตัวย่างเช่น คลื่นแสง รังสีอินฟาเรด รังสีอัลตราไวโอเลต รังสีเอกซ์ รังสีไมโครเวฟ รังสีแกมมา คลื่นวิทยุ คลื่นโทรทัศน์

การจำแนกคลื่นตามลักษณะการสั่นของตัวกลาง แบ่งเป็น 2 ประเภท คือ

1. คลื่นตามขวาง (Transverse Waves) หมายถึง เป็นคลื่นที่ทำให้อนุภาคของตัวกลางที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่านมีการเคลื่อนที่ไปกลับในทิศทางที่ตั้งฉากกับทิศทางที่คลื่นเคลื่อนที่ ตัวอย่างเช่น คลื่นบนผิวน้ำ คลื่นในเส้นเชือก คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกชนิด ดังนั้นคลื่นตามขวางอาจเป็นคลื่นกลหรือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าก็ได้

2. คลื่นตามยาว (Longitudinal Waves) หมายถึงคลื่นที่อนุภาคของตัวกลางที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่านมีการเคลื่อนที่ไปกลับในทิศทางเดียวกันกับทิศทางที่คลื่นเคลื่อนที่ หรือคลื่นมีทิศการสั่นของตัวกลางอยู่ในแนวขนานกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่น ตัวอย่างเช่น คลื่นเสียง คลื่นใต้ผิวน้ำ คลื่นอัดขยายในสปริง ดังนั้นจะเห็นได้ว่าคลื่นตามยาวทุกชนิดจะเป็นคลื่นกลเสมอ แต่คลื่นกลไม่จำเป็นต้องเป็นคลื่นตามยาว

การจำแนกคลื่นตามลักษณะการเกิดคลื่น

1. คลื่นดล หมายถึง คลื่นที่เกิดจากแหล่งกำเนิดสั่นเพียงครั้งเดียว หรือสองครั้ง ทำให้เกิดคลื่นเพียงหนึ่งหรือสองลูกคลื่นเท่านั้น ตัวอย่างเช่น การโยนก้อนหินก้อนเดียวลงไปในน้ำ จะพบว่าคลื่นดลเพียงกลุ่มหนึ่งกระจายออกไปรอบ ๆ ไม่นานผิวน้ำจะนิ่ง การใช้นิ้วมือแตะผิวน้ำเพียงครั้งเดียวจะเกิดคลื่นแผ่กระจายออกไปสองถึงสามลูกคลื่น คลื่นดลอาจมีลักษณะกรจายออกจากแหล่งกำเนิดเป็นแนวตรงหรือเป็นวงกลมก็ได้

2. คลื่นเป็นช่วง หมายถึง คลื่นดลที่เกิดขึ้นเป็นช่วง ๆ โดยเว้นจังหวะ

3. คลื่นต่อเนื่อง หมายถึง คลื่นดลที่เกิดขึ้นเป็นจังหวะต่อเนื่องกันไปเรื่อย ๆ ตัวอย่างเช่น คลื่นน้ำที่เกิดขึ้นในถาดคลื่นเนื่องจากการสั่นสะเทือนของมอเตอร์ (ความถี่ลื่น เท่ากับความถี่มอเตอร์ มอเตอร์หมุนเร็วความถี่มาก มอเตอร์หมุนช้า ความถี่น้อย)

สรุป

1. คลื่นกลอาจเป็นคลื่นตามยาวหรือตามขวางก็ได้ คลื่นตามยาวต้องเป็นคลื่นกลเสมอ

2. คลื่นน้ำอาจเป็นคลื่นตามยาวหรือคลื่นตามขวางก็ได้ (คลื่นใต้ผิวน้ำเป็นคลื่นตามยาว ส่วนคลื่นบนผิวน้ำเป็นคลื่นตามขวาง)

3. คลื่นในสปริงอาจเป็นคลื่นตามยาวหรือคลื่นตามขวางก็ได้ (คลื่นอัดขยายในสปริงเป็นคลื่นตามยาว (ดึงสปริงให้ยืดแล้วปล่อยให้เคลื่อนที่กลับไปมา) ถ้าสะบัดสปริงคล้ายสะบัดเส้นเชือกจะเป็นคลื่นตามขวาง)

4. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกชนิดจะเป็นคลื่นตามขวางเสมอ

5. เมื่อคลื่นเคลื่อนที่ไปได้ 1 ลูกคลื่น พลังงานของคลื่นจะทำให้ตัวกลางสั่นกลับไปกลับมาได้ครบ 1 รอบพอดี

6. คลื่นเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วคงที่ แต่ตัวกลางจะเคลื่อนที่กลับไปกลับมาแบบซิมเปิลฮาร์มอนิก (อัตราเร็วไม่คงที่)

ลักษณะและส่วนประกอบของคลื่น

1. การกระจัด หมายถึง ระยะห่างจากแนวสมดุลไปยังจุดใด ๆ บนคลื่นและมีทิศจากแนวสมดุลไปยังจุดใด ๆ

1.1 ถ้าจุดใด ๆ อยู่เหนือแนวสมดุล การกระจัดมีค่าเป็นบวก

1.2 ถ้าจุดใด ๆ อยู่ต่ำกว่าแนวสมดุล การกระจัดมีค่าเป็นลบ

2. สันคลื่น หมายถึง ตำแหน่งสูงสุดของคลื่น (การกระจัดมีค่ามากสุดและเป็นบวก)

3. ท้องคลื่น หมายถึง ตำแหน่งต่ำสุดของคลื่น (การกระจัดมีค่ามากสุดและเป็นลบ)

4. แอมพลิจูด หมายถึง ความสูงของสันคลื่นหรือท้องคลื่น เมื่อวัดจากแนวสมดุล

4.1 แอมพลิจูด คิดค่าเป็นบวกตลอด

4.2 แอมพลิจูด มีค่าเท่ากับขนาดของการกระจัดมากสุด

4.3 ขณะที่คลื่นกำลังเคลื่อนที่ไป ถ้าคิดว่าพลังงานคลื่นไม่มีการสูญเสีย แอมพลิจูดของคลื่นจะมีค่าคงที่

4.4 ถ้าแอมพลิจูดสูงแสดงว่าพลังงานของคลื่นมีค่ามาก

4.5 ถ้าแอมพลิจูดต่ำ แสดงว่า พลังงานของคลื่นมีค่าน้อย ค่าของแอมพลิจูดขึ้นอยู่กับแหล่งกำเนิดคลื่น (พลังงานคลื่น α A² )

คลื่นน้ำ แอมพลิจูด แสดง ความสูงต่ำของการกระเพื่อมของน้ำ

คลื่นเสียง แอมพลิจูด แสดง ความดังค่อยของเสียง

คลื่นแสง แอมพลิจูด แสดงความเข้มของแสง (มืด-สว่าง)

ภาพที่ 2 ส่วนประกอบของคลื่น