คลื่นทุกชนิดจะแสดงสมบัติทั่วไปที่เหมือนกัน 4 ข้อ คือ
-
การสะท้อน
-
การหักเห
-
การแทรกสอด
-
การเลี้ยวเบน
1) เมื่อมีการหักเห ย่อมมีการสะท้อนเกิดขึ้นด้วยเสมอ
2) เมื่อมีการเลี้ยวเบน ย่อมมีการแทรกสอดเกิดขึ้นด้วยเสมอ
ในหัวข้อนี้จะนำเสนอในเรื่อง การหักเห ของคลื่น
หมายถึง การที่คลื่นเปลี่ยนอัตราเร็วเมื่อคลื่นเปลี่ยนแนวทางเดินขณะเปลี่ยนตัวกลาง เมื่อคลื่นผิวน้ำเดินทางจากตัวกลางที่ 1 ไปยังตัวกลางที่ 2 อัตราเร็วของคลื่นจะเปลี่ยนไปจากเดิม ทำให้ความยาวคลื่นเปลี่ยนแปลงตามไปด้วย แต่ความถี่ของคลื่นไม่มีการเปลี่ยนแปลง
เมื่อคลื่นเดินทางจากตัวกลางที่ 1 ไปยังตัวกลางที่ 2 (น้ำตื้นไปน้ำลึกหรือน้ำลึกไปน้ำตื้น) โดยแนวทางเดินของคลื่นไม่ตั้งฉากกับผิวรอยต่อระหว่างตัวกลาง จากกฎการหักเหของสเนลล์จะได้ว่า “อัตราส่วนของค่าไซน์ของมุมตกกระทบกับค่าไซน์ของมุมหักเหจะมีค่าเท่ากับอัตราส่วนระหว่างอัตราเร็วคลื่นในตัวกลางที่คลื่นตกกระทบกับอัตราเร็วคลื่นในตัวกลางที่คลื่นหักเห”
1) ถ้ามุมตกกระทบ θ1 มีค่าเปลี่ยนไป มุมหักเห θ2 จะเปลี่ยนไปด้วย แต่อัตราส่วน sinθ1 / sinθ2 จะมีค่าคงที่เสมอ
2) เมื่อคลื่นเปลี่ยนตัวกลาง v, λ จะเปลี่ยนแปลง แต่ f มีค่าคงที่ (เพราะเกิดจากแหล่งกำเนิดคลื่นเดียวกัน)
3) มุมตกกระทบ เท่ากับ มุมที่แนวทางเดินคลื่นทำกับเส้นแนวฉาก
θ1 เท่ากับ มุมที่หน้าคลื่นตกกระทบทำกับผิวรอยต่อ
มุมหักเห เท่ากับ มุมที่แนวทางเดินคลื่นหักเหทำกับเส้นแนวฉาก
θ2 เท่ากับ มุมที่หน้าคลื่นหักเหทำกับผิวรอยต่อ
4) เมื่อคลื่นเดินทางจากน้ำลึกไปสู่น้ำตื้น แนวทางเดินของคลื่นจะเบนเข้าหาเส้นแนวฉาก
5) เมื่อคลื่นเดินทางจากน้ำตื้นไปสู่น้ำลึก แนวทางเดินของคลื่นจะเบนออกจากเส้นแนวฉาก
6) จะเกิดมุมวิกฤตหรือสะท้อนกลับหมดได้ คลื่นต้องเดินทางจากน้ำตื้นไปสู่น้ำลึก
7) เมื่อคลื่นเกิดการหักเห มักจะมีคลื่นสะท้อนเกิดขึ้นตามมาด้วย (การหักเหและการสะท้อน มักเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นคู่กัน)
7.1 เมื่อคลื่นเกิดการสะท้อน คลื่นไม่จำเป็นต้องเกิดการหักเห
7.2 เมื่อคลื่นเกิดการหักเห มักจะเกิดคลื่นสะท้อนตามมาด้วย (คลื่นสะท้อนและคลื่นหักเหจะมีแอมพลิจูดลดลงจากเดิม เพราะพลังงานคลื่นลดลงจากเดิม)
กฎการหักเหของสเนลล์
ภาพที่ 9 แนวทางเดินคลื่นจากตัวกลาง 1 ไปยังตัวกลาง 2
ที่มา https://www.scimath.org/lesson-physics/item/8783-2018-09-20-06-45-28
สูตรที่ใช้ในการคำนวณการหักเห
กำหนดให้
θ1 , θ2 คือ มุมตกกระทบและมุมหักเห ตามลำดับ
v1, v2 คือ อัตราเร็วคลื่นในตัวกลาง 1 และ 2 ตามลำดับ
λ1 , λ2 คือ ความยาวคลื่นในตัวกลาง 1 และ 2 ตามลำดับ
1n2 คือ ดรรชนีหักเหของคลื่นในตัวกลาง 2 เทียบกับ 1