ส่วนประกอบของคลื่น
ส้นสีขาว คือแนวสมดุล (ระดับเดิมของตัวกลางเมื่อยังไม่มีคลื่น)
สันคลื่น (Crest) เป็นตำแหน่งสูงสุดของคลื่น หรือเป็นตำแหน่งที่มีการกระจัดสูงสุดในทางบวก
ท้องคลื่น (Crest) เป็นตำแหน่งต่ำสุดของคลื่น หรือเป็นตำแหน่งที่มีการกระจัดสูงสุดในทางลบแอมพลิจูด (Amplitude) เป็นระยะการกระจัดมากสุด ทั้งค่าบวกและค่าลบ
ความยาวคลื่น (wavelength) เป็นความยาวของคลื่นหนึ่งลูกมีค่าเท่ากับระยะระหว่างสันคลื่นหรือท้องคลื่นที่อยู่ถัดกัน ความยาวคลื่นแทนด้วยสัญลักษณ์ มีหน่วยเป็นเมตร (m)
ความถี่ (frequency) หมายถึง จำนวนลูกคลื่นที่เคลื่อนที่ผ่านตำแหน่งใด ๆ ในหนึ่งหน่วยเวลา แทนด้วยสัญลักษณ์ f มีหน่วยเป็นรอบต่อวินาที (s-1) หรือ เฮิรตซ์ (Hz)
คาบ (period) หมายถึง ช่วงเวลาที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่านตำแหน่งใด ๆ ครบหนึ่งลูกคลื่น แทนด้วยสัญลักษณ์ มีหน่วยเป็นวินาทีต่อรอบ (s)
อัตราเร็วของคลื่น (wave speed) หาได้จากผลคูณระหว่างความยาวคลื่นและความถี่
ชนิดของคลื่น
คลื่นเป็นปรากฎการณ์ที่เกี่ยวกับการเคลื่อนที่รูปแบบหนึ่ง คลื่นสามารถจำแนกตามลักษณะต่าง ๆได้ดังนี้
1. จำแนกตามลักษณะการอาศัยตัวกลาง
1.1 คลื่นกล (Mechanical wave) เป็นคลื่นที่เคลื่อนที่โดยอาศัยตัวกลางซึ่งอาจเป็นของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซก็ได้ ตัวอย่างของคลื่นกลได้แก่ คลื่นเสียง คลื่นที่ผิวน้ำ คลื่นในเส้นเชือก เป็นต้น
1.2 คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic waves) เป็นคลื่นที่เคลื่อนที่โดยไม่อาศัยตัวกลาง สามารถเคลื่อนที่ในสุญญากาศได้ เช่น คลื่นแสง คลื่นวิทยุและโทรทัศน์ คลื่นไมโครเวฟ รังสีเอกซ์ รังสีแกมมา เป็นต้น
2. จำแนกตามลักษณะการเคลื่อนที่
2.1 คลื่นตามขวาง (Transverse wave) เป็นคลื่นที่อนุภาคของตัวกลางเคลื่อนที่ในทิศตั้งฉากกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่น ตัวอย่างของคลื่นตามขวางได้แก่ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า สำหรับคลื่นน้ำ ซึ่งเป็นคลื่นตามขวาง เมื่อเกิดคลื่นโมเลกุลของน้ำจะสั่น ขึ้นลงในแนวดิ่ง ตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่น
3. จำแนกตามลักษณะการเกิดคลื่น
3.1 คลื่นดล (Pulse wave) เป็นคลื่นที่เกิดจากแหล่งกำเนิดถูกรบกวนเพียงครั้งเดียว
3.2 คลื่นต่อเนื่อง (Continuous wave) เป็นคลื่นที่เกิดจากแหล่งกำเนิดถูกรบกวนเป็นจังหวะต่อเนื่อง
สมบัติของคลื่น (wave properties)
คลื่นทุกชนิดแสดงสมบัติ 4 อย่าง คือการสะท้อน การหักเห การแทรกสอด และการเลี้ยวเบน
การสะท้อน (reflection) เกิดจากคลื่นเคลื่อนที่ไปกระทบสิ่งกีดขวาง แล้วเปลี่ยนทิศทางกลับสู่ตัวกลางเดิม
การหักเห (refraction) เกิดจากคลื่นเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางที่ต่างกัน แล้วทำให้อัตราเร็วเปลี่ยนไป
การเลี้ยวเบน (diffraction) เกิดจากคลื่นเคลื่อนที่ไปพบสิ่งกีดขวาง ทำให้คลื่นส่วนหนึ่งอ้อมบริเวณของสิ่งกีดขวางแผ่ไปทางด้านหลังของสิ่งกีดขวางนั้น
การแทรกสอด (interference) เกิดจากคลื่นสองขบวนที่เหมือนกันทุกประการเคลื่อนที่มาพบกัน แล้วเกิดการซ้อนทับกัน ถ้าเป็นคลื่นแสงจะเห็นแถบมืดและแถบสว่างสลับกัน ส่วนคลื่นเสียงจะได้ยินเสียงดังเสียงค่อยสลับกัน
การสะท้อน (reflection)
เกิดขึ้นเมื่อเคลื่อนที่ไปกระทบตัวกลางอีกชนิดหนึ่ง(เรียกว่าตัวสะท้อน) จะทำให้ทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่นเปลี่ยนไปจากเดิม ส่วนความเร็วและความถี่ของคลื่นจะคงเกิม การสะท้อนของคลื่นเป็นไปตามกฏการสะท้อน
คลื่นเมื่อไปกระทบผิวสะท้อน ก็จะสะท้อนได้ เช่นคลื่นในเส้นเชือ
การหักเห (refraction)
การหักเห เกิดขึ้นเมื่อคลื่นเคลื่อนที่ผ่านผิวรอยต่อของตัวกลาง ในการหักเห ความถี่ของคลื่นเท่าเดิม โดยความเร็วและความยาวคลื่นเปลี่ยนไปแน่นอน ส่วนทิศทางการเคลื่อนที่โดยปกติจะเปลี่ยนไปจากเดิม ยกเว้นเมื่อคลื่นตกตั้งฉากกับผิวรอยต่อของตัวกลาง เมื่อคลื่นเคลื่อนที่ไปพบรอยต่อของตัวกลาง คลื่นก็จะหักเหได้
การเลี้ยวเบน (diffraction)
เกิดขึ้นเมื่อคลื่นเคลื่อนที่ไปพบสิ่งกีดขวาง ทำให้คลื่นสามารถเคลื่อนที่อ้อมสิ่งกีดขวางไปได้
การแทรกสอด (interference)
เกิดจากแหล่งกำเนิดคลื่น 2 แหล่งที่มีความถี่ ความยาวคลื่น เท่ากัน มีเฟสตรงกันหรือต่างกันคงที่ เราเรียกแหล่งกำเนิดทั้งสองว่าแหล่งกำเนิดคลื่นอาพันธ์ จะทำให้คลื่นจากแหล่งกำเนิดทั้งสองไปพบกันแบบเสริมกัน(เรียกว่าจุดปฏิบัพ)หรือหักล้างกัน(เรียกว่าจุดบัพ)
จุดปฏิบัพ เกิดจากจุดที่สันคลื่นของคลื่นขบวนหนึ่งไปพบกับสันคลื่นของอีกขบวนหนึ่ง หรือจุดที่ท้องคลื่นของขบวนหนึ่งไปพบกับท้องคลื่นของอีกขบวนหนึ่ง จึงทำให้จุดนี้มีแอมปลิจูดลัพธ์มากที่สุด น้ำจะกระเพื่อมมากที่สุด (สูงขึ้นมากที่สุด เมื่อสันคลื่นพบสันคลื่น และต่ำลงมากที่สุด เมื่อท้องคลื่นพบท้องคลื่น)
จุดบัพ เป็นจุดที่สันคลื่นของขบวนหนึ่งไปพบกับท้องคลื่นของอีกขบวนหนึ่ง แอมปลิจูดลัพธ์ที่จุดนี้จะเป็นศูนย์ น้ำจึงไม่กระเพื่อม หรือกระเพื่อมน้อยสุด
สรุปสูตรเรื่องคลื่น
การสะท้อน (reflection)
มุมตกกระทบ = มุมสะท้อน
การหักเห (refraction)
n1 , n2 = ดัชนีหักเหของตัวกลาง และตัวกลาง 2
มุมตกกระทบ = มุมตกกระทบ
มุมหักเห = มุมหักเห
ความยาวคลื่นในตัวกลางทั้งสอง = ความยาวคลื่นในตัวกลางทั้งสอง
v1 , v2 = ความเร็วคลื่นในตัวกลางทั้งสอง
การเลี้ยวเบน (diffraction) จะเกิดได้ดี เมื่อช่องแคบมีขนาดเท่ากับ หรือ น้อย กว่า ความยาวคลื่น
1. การเลี้ยวเบนเมื่อผ่านช่องแคบเดี่ยว ถ้าช่องแคบเดียวมีความกว้างมากว่าความยาวคลื่น จะเกิดการแทรกสอดเป็น แนวบัพ และปฎิบัพสลับกันป
2. การเลี้ยวเบนเมื่อผ่านช่องแคบคู่ เมื่อคลื่นเลี้ยวแบนผ่านช่องแคบไปก็จะเกิดการแทรกสอดกัน และเป็นไปตาม เงื่อนไขการแทรกสอด
การแทรกสอด (interference)
การแทรกสอด เกิดจากการรวมกันของคลื่น ในกรณีที่เป็นต้น กำเนิดอาพันธ์
