กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์
บริษัท อักษรเจริญทัศน์ อจท. จำกัด : 142 ถนนตะนาว เขตพระนคร กรุงเทพฯ 10200
Aksorn CharoenTat ACT.Co.,Ltd : 142 Tanao Rd. Pranakorn Bangkok 10200 Thailand
โทรศัพท์ : 02 622 2999 โทรสาร : 02 622 1311-8 webmaster@aksorn.com / www.aksorn.com
ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 5
วิทยาศาสตร์กายภาพ 2 (ฟิสิกส์)
Slide PowerPoint_สื่อประกอบการสอน
หน่วยการเรียนรู้ที่ 3
หน่วยการเรียนรู้ที่ 4
หน่วยการเรียนรู้ที่ 1
หน่วยการเรียนรู้ที่ 2
ตัวชี้วัด
คลื่น
หน่วยการเรียนรู้ที่
4
คลื่นกล
คลื่นกลเป็นคลื่นที่ต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่หรือถ่ายโอนพลังงาน อัตราเร็วของคลื่นกลขึ้นอยู่กับความยืดหยุ่นของตัวกลางที่คลื่นเคลื่อนผ่าน เช่น คลื่นในเส้นเชือก คลื่นในสปริง คลื่นน้ำ คลื่นเสียง สามารถแบ่งคลื่นกลออกเป็น 2 ชนิด
คลื่นตามยาว (longitudinal wave)
เป็นคลื่นที่อนุภาคของตัวกลางเคลื่อนที่ตามหรือขนานกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่น เช่น คลื่นเสียง คลื่นตามยาวบนขดลวดสปริงที่เกิดจากการดึงหรืออัดสปริง
คลื่นตามขวาง (transverse wave)
เป็นคลื่นที่อนุภาคของตัวกลางเคลื่อนที่ขวางหรือตั้งฉากกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่น เช่น คลื่นผิวน้ำ คลื่นในเชือก
ทิศการเคลื่อนที่ของอนุภาค
ทิศการเคลื่อนที่ของคลื่น
ทิศการเคลื่อนที่ของอนุภาค
ทิศการเคลื่อนที่ของคลื่น
ส่วนประกอบของคลื่น
คาบ (period; T) คือ เวลาที่คลื่นเคลื่อนที่ไปเป็นระยะทาง 1 ความยาวคลื่น
ความถี่ (frequency; 𝑓) คือ จำนวนลูกคลื่นที่เกิดขึ้นในหนึ่งหน่วยเวลา
อัตราเร็วของคลื่น (v) สามารถคำนวณได้จากสมการ
แนวสมดุล
A
λ
แอมพลิจูด (amplitude)
เป็นระยะกระจัดสูงสุดจากแนวสมดุล
ความยาวคลื่น (wavelength)
เป็นความยาวของคลื่น 1 ลูกคลื่น
สันคลื่น (crest)
เป็นตำแหน่งที่มีการกระจัดสูงสุดเหนือแนวสมดุล
ท้องคลื่น (trough)
เป็นตำแหน่งที่มีการกระจัดสูงสุดใต้แนวสมดุล
v = 𝑓λ
หรือ
ความถี่และคาบมีความสัมพันธ์กัน ดังสมการ
เมื่อคลื่นเคลื่อนที่ไปกระทบ
สิ่งกีดขวางแล้วไม่อาจเคลื่อนที่
ต่อไปในทิศทางเดิมได้ คลื่นจะ
เคลื่อนที่กลับสู่ตัวกลางเดิม
เมื่อคลื่นเคลื่อนที่ผ่านรอยต่อระหว่างตัวกลาง 2 ชนิด ที่มีความหนาแน่นต่างกัน ทิศการเคลื่อนที่ของคลื่นจะมีการเปลี่ยนแปลง
เมื่อคลื่นเคลื่อนผ่านมุมหรือขอบของสิ่งกีดขวาง ส่วนของคลื่นบริเวณใกล้มุมของสิ่งกีดขวาง
จะเบนทิศการเคลื่อนที่อ้อมผ่านมุมของสิ่งกีดขวางไปปรากฏอยู่ด้านหลังสิ่งกีดขวาง
เมื่อคลื่นสองขบวนเคลื่อนที่
มาพบกันบนตัวกลางเดียวกัน
จะเกิดการรวมกัน หรือการแทรกสอดกัน
สมบัติของคลื่น
การสะท้อน
การหักเห
การเลี้ยวเบน
การแทรกสอด
คลื่นเสียงความถี่สูง
หรือคลื่นเหนือเสียง (ultrasound) เช่น คลื่นเสียงที่เกิดจาก ค้างคาว โลมา
คลื่นเสียงที่ได้ยิน
เป็นคลื่นเสียงที่หูมนุษย์ปกติรับรู้ได้ �เช่น เสียงพูดคุยของมนุษย์ เสียงลำโพง เสียงจากเครื่องดนตรี
20,000 Hz
คลื่นเสียงความถี่ต่ำ
หรือคลื่นใต้เสียง (infrasound)
เช่น คลื่นที่เกิดจากกระแสลม
คลื่นเสียงที่ช้างใช้สื่อสารในระยะไกล
0 Hz
20 Hz
คลื่นเสียง
เสียงเกิดจากการสั่นของแหล่งกำเนิดเสียง โดยเสียงเป็นคลื่นกลจึงต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ การสั่นสะเทือนจาแหล่งกำเนิด เสียงจะถ่ายโอนผ่านตัวกลาง ทำให้อนุภาคตัวกลางสั่น เกิดเป็นส่วนอัดและส่วนขยายขึ้นในตัวกลางที่คลื่นเสียงเคลื่อนที่ผ่าน
ย่านความถี่ของคลื่นเสียงอยู่ในช่วงประมาณ 0.1 เฮิรตซ์ ถึง 600 เมกะเฮิรตซ์ โดยแบ่งตามช่วงความถี่ได้ ดังนี้
อัด
ขยาย
อัด
ขยาย
อัด
ขยาย
อัด
ขยาย
อัด
ขยาย
อัด
ขยาย
การแทรกสอดของเสียง
คลื่นเสียงตกกระทบผิวรอยต่อ
ระหว่างตัวกลางหรือตัวกลาง
ชนิดเดียวกันแต่อุณหภูมิต่างกัน
คลื่นเสียงเดินทางอ้อม
สิ่งกีดขวาง โดยคลื่นจะแผ่จากขอบของสิ่งกีดขวางไปยังด้านหลังสิ่งกีดขวาง
คลื่นเสียงเคลื่อนที่จากตัวกลาง
หนึ่งไปยังอีกตัวกลางหนึ่ง
โดยคลื่นเสียงที่เคลื่อนที่ผ่าน
ตัวกลางใหม่จะมีความถี่คงเดิม
คลื่นเสียงสองขบวนที่มี
ความถี่เท่ากันและมีเฟส
ตรงกัน เคลื่อนที่มาซ้อนกันจะเกิดการแทรกสอดกัน
สมบัติของคลื่นเสียง
การสะท้อนของเสียง
คลื่นเสียง
คลื่นสะท้อน
การเลี้ยวเบนของเสียง
การหักเหของเสียง
110
116
10
-1
4×10
-1
สูญเสียการได้ยิน
80
90
100
10
-4
10
-3
10
-2
เสียงดังมาก
60
70
10
-6
10
-5
เสียงดัง
40
50
10
-8
10
-7
เสียงปานกลาง
20
30
10
-10
10
-9
เสียงเบา
120
1
รู้สึกปวดหู
ธรรมชาติของเสียง
ความเข้มเสียง คือ พลังงานเสียงที่ถ่ายโอนผ่านพื้นที่ซึ่งตั้งฉาก
กับทิศการเคลื่อนที่ของเสียงต่อหน่วยพื้นที่ในหนึ่งหน่วยเวลา
ระดับเสียง อธิบายความดังของเสียงที่หูของมนุษย์ปกติสามารถรับฟังได้อยู่ในช่วง 0-120 เดซิเบล
หน่วยเดซิเบล (dB) มีค่าเป็น 1 ใน 10 ของหน่วยเบล หน่วยเดซิเบลหาค่าได้ จากสมการ
β
I
คือ ระดับเสียง (dB)
ระดับเสียง
ผลต่อการได้ยิน
ความเข้มเสียง
0
10
10
-12
10
-11
ยากต่อการได้ยิน
หูกับการได้ยิน
ส่วนประกอบของหู
ใบหู
เยื่อแก้วหู
กระดูกค้อน
กระดูกทั่ง
กระดูกโกลน
ท่อยูสเตเชียน
คอเคลีย
หูชั้นนอก
ทำหน้าที่ รับเสียงจากภายนอก
เป็นทางผ่านของเสียงและขยายสัญญาณเสียงบางความถี่
หูชั้นกลาง
ทำหน้าที่ ขยายเสียงให้ดังขึ้นหรือลดเสียงให้เบาลง และปรับความดันอากาศภายในหู
หูชั้นใน
ทำหน้าที่ แปลงสัญญาณเสียงเป็นสัญญาณประสาท และส่งสัญญาณการรับรู้ไปยังสมอง
รูหู
ประสาทรับเสียง
หูกับการได้ยิน
ปรากฏการณ์ดอปเพลอร์ จะเกิดขึ้นเมื่อแหล่งกำเนิดเสียงเคลื่อนที่ ผู้ฟังเคลื่อนที่ หรือทั้งแหล่งกำเนิดเสียงและผู้ฟังเคลื่อนที่ โดยผู้ฟังจะได้ยินเสียงที่มีความถี่เปลี่ยนไป
แหล่งกำเนิดเสียงเคลื่อนเข้าหาผู้ฟัง B ซึ่งอยู่นิ่ง
เสียงที่ B ได้ยินจึงมีความถี่สูงกว่าแหล่งกำเนิดเสียง
แหล่งกำเนิดเสียงเคลื่อนออกห่างผู้ฟัง A ซึ่งอยู่นิ่ง
เสียงที่ A ได้ยินจึงมีความถี่ต่ำกว่าแหล่งกำเนิดเสียง
ความถี่ต่ำลง
ความถี่สูงขึ้น
A
B
แหล่งกำเนิดเสียง
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic waves; EM) เกิดจากการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic disturbance) โดยการทำให้สนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็กมีการเปลี่ยนแปลง เมื่อสนามไฟฟ้ามีการเปลี่ยนแปลงจะเหนี่ยวนำให้เกิดสนามแม่เหล็ก หรือถ้าสนามแม่เหล็กมีการเปลี่ยนแปลงก็จะเหนี่ยวนำให้เกิดสนามไฟฟ้า จึงจัดเป็นคลื่นตามขวางแผ่ออกไปจากแหล่งกำเนิดโดยไม่ต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่หรือถ่ายโอนพลังงงาน และสามารถเคลื่อนที่ในสุญญากาศได้
ส่วนประกอบและทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยสนามแม่เหล็ก (B) และสนามไฟฟ้า (E)
ที่เปลี่ยนแปลงตามเวลาในระนาบที่ตั้งฉากกัน โดยการเหนี่ยวนำกันอย่าง
ต่อเนื่อง มีทิศการเคลื่อนที่หรือทิศการถ่ายโอนพลังงานของคลื่นอยู่ในทิศ
เดียวกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
X
Y
Z
O
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
สเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
104-109
108-1012
1011-1014
1014
1015-1018
1016-1019
1019-1023
ช่วงความถี่ (Hz)
103
10-2
10-5
5×10-6
10-8
10-10
10-12
ความยาวคลื่น (m)
วิทยุ
ไมโครเวฟ
อินฟราเรด
แสงขาว
อัลตราไวโอเลต
รังสีเอกซ์
รังสีแกมมา
ขนาดเทียบเท่า
แสง
ปริซึมสามเหลี่ยม
แสงขาว
แสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเพียงชนิดเดียวที่นัยน์ตามนุษย์สามารถรับรู้ได้ แสงจากดวงอาทิตย์หรือแสงแดดเป็นแสงใสไม่มีสี เรียกว่า แสงขาว (white light) เมื่อแสงขาวหักเหผ่านปริซึม หรือผ่านละอองน้ำในอากาศจะแยกออกเป็นแสงสีต่าง ๆ
700
650
600
550
500
450
400
ความยาวคลื่น (nm)
เนื่องจากการหักเหไม่เท่ากัน สเปกตรัมของแสงจะประกอบไปด้วย สีม่วง สีคราม สีน้ำเงิน สีเขียว สีเหลือง สีแสด และสีแดง
สเปกตรัมของแสงขาว
ตากับการมองเห็น
สายตาสั้น
สายตายาว
สายตาเอียง
สาเหตุ : กระจกตาโค้งมากกว่าปกติ
แสงจากวัตถุจึงตกไม่ถึงจอภาพ
มองใกล้ชัดแต่มองไกลไม่ชัด
มองไกลชัดแต่มองใกล้ไม่ชัด
มองเห็นภาพเบลอ
สาเหตุ : กระจกตาโค้งน้อยกว่าปกติแสงจากวัตถุจึงตกเลยจอภาพ
สาเหตุ : กระจกตามีความโค้งไม่เท่ากัน
แสงจากวัตถุจึงตกไม่ถึงจอภาพ
แก้ไข : สวมแว่นตาที่ทำจากเลนส์เว้า
เพื่อกระจายแสงให้ไปตกที่จอภาพพอดี
แก้ไข : สวมแว่นตาที่ทำจากเลนส์ทรง-
กระบอกเพื่อรวมแสงให้ไปตกที่จอภาพพอดี
แก้ไข : สวมแว่นตาที่ทำจากเลนส์นูน เพื่อรวมแสงให้ไปตกที่จอภาพพอดี
ความผิดปกติทางสายตาและการแก้ไข
ตากับการมองเห็น
เมื่อฉายแสงสีแดง สีเขียว และสีน้ำเงิน ที่มีความเข้มเท่ากัน
ให้ซ้อนทับกันบนฉากขาวจะได้แสงขาว จึงเรียกแสงสีเหล่านี้รวมกันว่า แสงสีปฐมภูมิ
การผสมแสงสีปฐมภูมิบนฉากขาว
การผสมแสงสี
แสงขาว
น้ำเงินเขียว
แดงม่วง
น้ำเงิน
เหลือง
แดง
เขียว
แสงสีปฐมภูมิ
แสงสีแดง
แสงสีเขียว
แสงสีน้ำเงิน
R
G
B
แสงสีทุติยภูมิ
+
+
+
C
M
Y
ตากับการมองเห็น
เมื่อนำสารสีน้ำเงินเขียว แดงม่วง และเหลือง ที่มีความเข้มเท่ากันมาผสมกันจะได้สารสีดำ จึงเรียกสารสีเหล่านี้ว่า �สารสีปฐมภูมิ
การผสมสารสีปฐมภูมิบนฉากขาว
การผสมสารสี
ดำ
แดง
เขียว
เหลือง
น้ำเงิน
น้ำเงินเขียว
แดงม่วง
สารสีปฐมภูมิ
สีน้ำเงินเขียว
สีแดงม่วง
สีเหลือง
C
M
Y
สารสีทุติยภูมิ
+
+
+
B
G
R
ประโยชน์ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
สัญญาณดิจิทัล (digital signal)
ข้อมูลหรือสารสนเทศไม่สามารถส่งไปในระยะทางไกลได้โดยตรง จึงต้องแปลงข้อมูลให้เป็นสัญญาณไฟฟ้าที่เรียกว่า สัญญาณข้อมูล ก่อนส่งผ่านสื่อกลาง โดยสัญญาณข้อมูลที่ใช้ในการสื่อสาร แบ่งออกเป็น 2 ชนิด
สัญญาณแอนะล็อก (analog signal)
ระดับสัญญาณ
เวลา
ระดับสัญญาณ
เวลา
0
1
ตากับการมองเห็น
สื่อกลางในการส่งผ่านข้อมูล
การสื่อสารข้อมูลต้องอาศัยสื่อกลางในการส่งข้อมูลไปยังจุดหมายปลายทาง สื่อกลางในการสื่อสารข้อมูลแบ่งเป็น 2 ประเภท
สื่อกลางแบบใช้สาย
สื่อกลางแบบไร้สาย
สายนำสัญญาณไฟฟ้า ส่งข้อมูลด้วยระดับสัญญาณไฟฟ้าที่แตกต่างกัน และตัวรับสัญญาณปลายทางจะแปลงข้อมูลให้ใกล้เคียงหรือเหมือนกับต้นทางที่ส่งมา
สายเส้นใยนำแสง ประกอบด้วยเส้นใยนำแสง (fiber optic)
หลาย ๆ เส้นอยู่รวมกัน
อินฟราเรด (infrared) ใช้เป็นสื่อกลางในการสื่อสารระยะใกล้
โดยไม่มีสิ่งกีดขวาง เช่น คอมพิวเตอร์กับเมาส์ไร้สาย
ไมโครเวฟ (microwave) ใช้เป็นสื่อกลางในการสื่อสารระยะไกล
จะส่งข้อมูลเหมือนกับคลื่นวิทยุ แต่ผ่านสิ่งกีดขวางไม่ได้
คลื่นวิทยุ (radio wave) ใช้เป็นสื่อกลางได้ทั้งระยะไกลและใกล้
จะส่งข้อมูลในรูปสัญญาณวิทยุผ่านอากาศไปยังตัวรับสัญญาณ
ผู้ส่ง
ผู้รับ