คุณสมบัติของคลื่น และ สูตรการหา

คุณสมบัติของคลื่น
1.การสะท้อน ( Reflection )


โดยที่ มุมตกกระทบ = มุมสะท้อน



2.การหักเห (Refraction)

โดยมีสูตรว่า

 

 หรือ

 

เมื่อ     คือ มุมตกกระทบในตัวกลาง 1
          คือ มุมหักเหในตัวกลาง 2
          คือ อัตราเร็วของคลื่นตกกระทบในตัวกลาง 1
          คือ อัตราเร็วของคลื่นหักเหในตัวกลาง 2
          คือ ความยาวคลื่นตกกระทบในตัวกลาง 1
          คือ ความยาวคลื่นหักเหในตัวกลาง 2 

3.การเลี้ยวเบน (Diffraction)

เงื่อนไขสำหรับการหาแถบมืดใดๆ คือ

ใช้เมื่อมีมุมเข้ามาเกี่ยวข้อง

การเลี้ยวเบน

สูตร    การคำนวณหาแนวบัพเมื่อคลื่นผ่านช่องแคบเดี่ยว

d sin    =    n

สูตร    การคำนวณหาแนวบัพเมื่อคลื่นผ่านช่องแคบคู่

d sin    =    ( n - )

d    -    ระยะทางระหว่างแหล่งกำเนิด

n    -    1,2,3,...

   -    ความยาวคลื่น

4.การแทรกสอด (Interference)

คุณสมบัติอื่นๆที่เกิดขึ้นกับคลื่น

          การ ถูกดูดกลืน ( ABSORPTION )    เมื่อคลื่นวิทยุเดินผ่านตัวกลาง พลังงานส่วนหนึ่งจะสูญเสียไปในลักษณะที่กลายเป็นความร้อนเรียกว่า คลื่นวิทยุถูกดูดกลืนโดยตัวกลาง   ตัวกลางนั้นไม่ว่าจะเป็นตัวนำ หรือมีภาพเป็นตัวต้านทานต่อคลื่นวิทยุ   อาคารตึก   และสิ่งก่อสร้างต่าง ๆ บนพื้นโลก   อุณหภูมิของอากาศ   น้ำ   และฝุ่นละออง ซึ่งประกอบกันเป็นชั้นบรรยากาศ   สามารถเป็นตัวดูดกลืนพลังงานได้ทั้งสิ้น
          การ กระจัดการกระจาย ( SCATTERING )  เมื่อคลื่นเดินทางตกกระทบบนตัวกลางที่รวมกันเป็นกลุ่ม   พลังงานส่วนหนึ่งจะสะท้อนออกมา และบางส่วนเดินทางหักเหเข้าไปในตัวกลาง   ส่วนหนึ่งของพลังงานที่เข้าไปในตัวกลางจะถูกดูดกลืนแปลงรูปเป็นความร้อน และมี อีก ส่วนหนึ่งถูกตัวกลางคายออกมาอีกในรูปของการกระจายพลังงานคลื่น   เนื่องจากคลื่นที่กระจายออกมานี้ไม่ค่อยเป็นระเบียบเราจึงเรียกว่า  คลื่น กระจัดกระจาย   การกระจัดกระจายของคลื่นนี้ บางครั้งก็นำมาใช้ประโยชน์ได้เช่น ในระบบการสื่อสารที่เรียกว่า   TROPOSPHERIC   SCATTER ซึ่งอาศัยการกระจัดกระจายของคลื่นวิทยุจากกลุ่มอากาศที่หนาแน่นในชั้น บรรยากาศ   TROPOSPHERE ซึ่งอยู่ห่างจากผิวโลกประมาณ 10 กิโลเมตร   ในบางครั้งการกระจัดกระจายของคลื่นก็มีผลเสียเช่น   การสื่อสารย่านความถี่ไมโครเวฟ เมื่อคลื่นตกกระทบเม็ดฝนจะทำให้คลื่นเกิดการสูญเสียเป็นผลจากการกระจัด กระจาย และการหักเหทำให้คลื่นไม่สามารถเดินทางไปยังปลายทางได้หมด
           การลดทอนพลังงาน (ATTENUATION)ของคลื่น จะมีความหมายหรือสาเหตุคล้ายคลึงกับการถูกดูดกลืน   คือการลดทอนพลังงานคลื่นอันเนื่องมาจากการถ่างออกของลำคลื่นวิทยุในลักษณะ ที่คล้ายคลึงกับการถ่างออกของลำแสงไฟฉายปรากฎการณ์เช่นนี้จะทำให้ ความเข้มของพลังงานคลื่นวิทยุต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่ลดลงไปเรื่อยๆ เมื่อคลื่นเดินทางห่างจากจุดกำเนิดออกไปถ้าแหล่งกำเนิดคลื่นมีลักษณะที่ สามารถกระจายคลื่นได้ทุกทิศทางรอบตัวหรือเรียกว่า   ISOTROPIC ANTENNA    นั้น คลื่นที่ถูกสร้างขึ้น จะลดความเข้มลงไปเรื่อย ๆ เมื่อคลื่นเดินทางห่างออกไป โดยความเข้มจะแปรกลับ กับระยะทางกำลังสองนั่นเอง

 

ส่วนประกอบของคลื่น

1. สันคลื่น คือ ตำแหน่งสูงสุดของคลื่น ได้แก่จุด C และ C/

2. ท้องคลื่น คือ ตำแหน่งต่ำสุดของคลื่น ได้แก่จุด D และ D/

3. อัมปลิจูด คือ ระยะจัดสูงสุดของคลื่นวัดจากตำแหน่งสมดุล แทนด้วย A ดังรูป

4. คาบ (Period) คือ ช่วงเวลาในการสั่น 1 รอบของอนุภาค มีหน่วยเป็นวินาที แทนด้วย T

5. ความถี่ (Frequency) คือ จำนวนรอบที่อนุภาคสั่นใน 1 วินาที มีหน่วยเป็นรอบต่อวินาที หรือหรือ เฮิรตซ์ (Hertz , Hz) แทนด้วย     โดยที่คาบและความถี่มีความสัมพันธ์ดังนี้

f  =  หรือ  T =                (1)

6. ความยาวคลื่น (Wavelength) คือ ระยะทางที่คลื่นไปได้ในช่วงเวลาของ 1 คาบ แทนด้วย บางทีความยาวคลื่นคือระยะจากระหว่างจุด 2 จุดที่อยู่ถัดกัน ซึ่งมีลักษณะเหมือนกัน เช่น จากจุด C ถึง C/ หรือจากจุด D ถึง D/ ลักษณะที่เหมือนกัน เรียกว่า มีเฟสตรงกัน (inphase)

7. อัตราเร็วคลื่นหรืออัตราเร็วเฟส คือ ระยะทางที่คลื่นเคลื่อนที่ได้ 1 ความยาวคลื่น ในเวลา 1 คาบ (T) มีหน่วยเป็นเมตรต่อวินาที (m/s)โดย

= =  =                 (2)

สำหรับในตัวกลางชนิดเดียวกัน อัตราเร็วคลื่นจะมีค่าคงที่ (v คงที่ )โดย ความยาวคลื่นจะแปรผกผันกับความถี่ นั่นคือ ถ้าความถี่สูง ความยาวคลื่นจะสั้น ส่วนคลื่นที่มีความถี่ต่ำ ความยาวคลื่นจะยาวขึ้น

แหล่งที่มา หนังสือสรุปฟิสิกส์ ม.ปลาย มหาวิทยาลัยรังสิต