Make your own free website on Tripod.com

โครงการไอทีเพื่อน้อง

โรงเรียนสตรีภูเก็ต

 

ต้องการศึกษาวิชาอะไร?

วิทยาศาสตร

สังคมศึกษา

ภาษาไทย

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

คลื่น

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

2.2 คลื่นตามยาว (Longitudinal wave) เป็นคลื่นที่อนุภาคของตัวกลางเคลื่อนที่ไปมาในแนวเดียวกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่น ตัวอย่างของคลื่นตามยาวได้แก่ คลื่นเสียง

3. จำแนกตามลักษณะการเกิดคลื่น

3.1 คลื่นดล (Pulse wave) เป็นคลื่นที่เกิดจากแหล่งกำเนิดถูกรบกวนเพียงครั้งเดียว

3.2 คลื่นต่อเนื่อง (Continuous wave) เป็นคลื่นที่เกิดจากแหล่งกำเนิดถูกรบกวนเป็นจังหวะต่อเนื่อง

ส่วนประกอบของคลื่น

สันคลื่น (Crest) เป็นตำแหน่งสูงสุดของคลื่น หรือเป็นตำแหน่งที่มีการกระจัดสูงสุดในทางบวก

ท้องคลื่น (Crest) เป็นตำแหน่งต่ำสุดของคลื่น หรือเป็นตำแหน่งที่มีการกระจัดสูงสุดในทางลบ

แอมพลิจูด (Amplitude) เป็นระยะการกระจัดมากสุด ทั้งค่าบวกและค่าลบ

ความยาวคลื่น (wavelength) เป็นความยาวของคลื่นหนึ่งลูกมีค่าเท่ากับระยะระหว่างสันคลื่นหรือท้องคลื่นที่อยู่ถัดกัน ความยาวคลื่นแทนด้วยสัญลักษณ์ มีหน่วยเป็นเมตร (m)

ความถี่ (frequency) หมายถึง จำนวนลูกคลื่นที่เคลื่อนที่ผ่านตำแหน่งใด ๆ ในหนึ่งหน่วยเวลา แทนด้วยสัญลักษณ์ มีหน่วยเป็นรอบต่อวินาที (s-1) หรือ เฮิรตซ์ (Hz)

คาบ (period) หมายถึง ช่วงเวลาที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่านตำแหน่งใด ๆ ครบหนึ่งลูกคลื่น แทนด้วยสัญลักษณ์ มีหน่วยเป็นวินาทีต่อรอบ (s)

อัตราเร็วของคลื่น (wave speed) หาได้จากผลคูณระหว่างความยาวคลื่นและความถี่

คุณสมบัติของคลื่น

คุณสมบัติพื้นฐานของคลื่นต่างๆ สามารถพิจารณาได้ 4 ประการซึ่งมี
1. การสะท้อนกลับ ( Reflection )
2. การหักเห (Refraction)
3. การแพร่กระจายคลื่น (Diffraction )
4. การแทรกสอดของคลื่น ( Interference )


การสะท้อนกลับ( Reflection )


การหักเห (Refraction)


การแพร่กระจายคลื่น (Diffraction )


การแทรกสอดของคลื่น ( Interference )

รูปที่ 1 แสดงคุณสมบัติพื้นฐานของคลื่น ( 4 ลักษณะ)

1. การสะท้อนของคลื่น
การสะท้อนของคลื่น หมายถึง การ เปลี่ยน ทิศทาง การ เดินทาง ของ คลื่น โดยทันที ทันใด เมื่อ คลื่นนั้น เดินทาง ตกกระทบ ที่ ผิว ของ ตัวกลาง นั่นคือ คลื่น กระดอน ออกจาก ผิว สะท้อน ของ ตัวกลาง ในลักษณะ เดียว กับ แสง สะท้อน จาก กระจกเงา จากรูปที่ 2 แสดง ปรากฎการณ์ ของ การ สะท้อน ของ คลื่น วิทยุ สังเกต ได้ ว่า มุม ตกกระทบ เท่ากับ มุม สะท้อน

รูปที่ 2 การสะท้อนของคลื่นวิทยุ

ลักษณะการสะท้อนกลับของคลื่น สามารถ แสดง ลำดับ การ ที่คลื่น ตกกระทบ พื้นผิว ของ ตัวกลาง และ สะท้อน จาก พื้นผิว ของ ตัวกลาง ได้ ดังภาพ


2. การหักเหของคลื่น
การหักเห ของ คลื่น วิทยุ เกิดขึ้น เมื่อ คลื่น วิทยุ เดินทาง จาก ตัวกลางหนึ่ง ไปยังอีก ตัวกลางหนึ่ง ที่ มีคุณสมบัติ ทาง ไฟฟ้า ไม่เหมือนกัน โดย ที่ มุม ตกกระทบ ณ ตัวกลาง ที่สอง ไม่เป็น มุมฉาก พลังงาน คลื่น ส่วนหนึ่ง จะ สะท้อน กลับ เข้าไป ยัง ตัวกลาง ที่หนึ่ง โดย มี มุม ตก เท่ากับ มุม สะท้อน แต่ ยังมี พลังงาน คลื่น อีก ส่วนหนึ่ง เดินทาง เข้าไป ยัง ตัวกลาง ที่สอง การ เดินทาง เข้าไป ยัง ตัวกลาง ที่สอง นี้ จะ ไม่เป็น แนว เส้นตรง ต่อไป จาก แนวทาง เดิน ใน ด้าน ตัวกลาง แรก แต่ จะ หักเห ออกไป มากน้อย ขึ้นอยู่กับ คุณสมบัติ ทาง ไฟฟ้า ของ ตัวกลาง ทั้งสอง สาเหตุ ที่ เกิด การ หักเห ของ ทางเดิน ของ คลื่น วิทยุ เนื่องจาก ความเร็ว ของ คลื่น วิทยุ ใน ตัวกลาง ที่ มี คุณสมบัติ ทาง ไฟฟ้า แตกต่างกัน จะ ไม่ เท่ากัน เช่น คลื่น วิทยุ จะ เดินทาง ใน น้ำ บริสุทธิ์ จะ ช้ากว่า เดินทาง ใน อากาศ ถึง 9 เท่า เป็นต้น

รูปที่ 3 การหักหของคลื่นวิทยุ

จากรูปที่ 3 จะ เห็น ได้ว่า เมื่อ หน้าคลื่น (wave front ) ตก กระทบ พื้น ผิว ระหว่าง ตัวกลาง ทั้งสอง นั้น ส่วน ของ คลื่น ที่ สัมผัส ผิวน้ำ ก็จะ เริ่ม เดินทาง เข้าไป ในน้ำ ด้วย ความเร็ว ช้าลง ในขณะที่ หน้าคลื่น อีก ส่วนหนึ่ง ยังคง อยู่ ใน อากาศ จะ เดินทาง เร็วกว่า ตัวอย่าง คลื่น ที่ ใช้ ติดต่อ สื่อสาร ที่ อาศัย การ หักเห ของคลื่น คือ การ สื่อสาร ใน ย่าน ความถี่ สูง ( HF ) ซึ่ง อาศัย เพดาน ไฟฟ้า IONOSPHERE เมื่อ คลื่น วิทยุ เดินทาง จาก พื้นโลก ผ่าน เข้าไป ยัง เพดาน ไฟฟ้า ลำคลื่น จะ ค่อย ๆ หักเห ไป เรื่อย ๆ จน ในที่สุด คลื่น ก็จะ กลับ ออกมา จาก เพดาน ไฟฟ้า และ กลับมา ยัง พื้นโลก อีก
ลักษณะ การหักเห ของคลื่น สามารถ แสดง ลำดับ การ ที่ คลื่น เคลื่อนที ่ จาก ตัวกลางหนึ่ง ไปยัง อีกตัวกลางหนึ่ง เป็น ลำดับๆ ได้ ดังภาพ



3. การแพร่กระจายคลื่น
การแพร่กระจายคลื่น มีชื่อเรียก ได้ต่างๆกัน ไป เช่น การ เลี้ยวเบน ของ คลื่น หรือ การ เบี่ยงเบน ของ คลื่น การ เบี่ยงเบน ของ คลื่น เกิดขึ้น เมื่อ คลื่น เดินทาง ผ่าน มุม หรือ ขอบ ของ ตัวกลาง ทึบ ที่ คลื่น นั้น ไม่ สามารถ ผ่านได้ เช่น คลื่น วิทยุ ความถี่ สูงมาก เดินผ่าน ยอดเขา คลื่นนี้ มี คุณสมบัติ เดินทาง เป็น เส้นตรง ดังนั้น ถ้าเรา ลาก เส้นตรง จาก สายอากาศ ไปยัง ยอดเขา ส่วนที่ อยู่ หลัง ยอดเขา และ ต่ำกว่า เส้นนี้ ลงมา ไม่ ควร ที่จะ ได้รับ คลื่น ได้เลย แต่ บางส่วน ที่ อยู่ หลัง ยอดเขา สามารถ รับ คลื่นวิทยุ ย่าน ความถี่ สูง ได้ เนื่องจาก ความถี่สูง ขึ้น การ เบี่ยงเบน ของ คลื่น ก็ยิ่ง ลดลง กล่าวคือ คลื่น จะ เดินทาง เป็น แนว เส้นตรง แต่ บางส่วน ของ คลื่น เกิดการ กระทบ กับ สลิตแคบๆ (ยอดเขา) ทำให้ คลื่น เกิดการ แตกกระจาย ออกไป โดยรอบ เสมือนกับ เป็น แหล่ง กำเนิด คลื่น ใหม่ นั่นเอง ดังรูป ที่ แสดง คลื่น ผ่าน ช่องสลิต ที่แคบ โดย มี หลักการ ดังที่ ได้ กล่าวไป ข้างต้น



จากรูปที่ 4 แสดง คุณสมบัติ การ เบี่ยงเบน ของ คลื่น วิทยุ เมื่อ เดินทาง ไป ยัง ตัวกลาง ที่ ทึบ และ เฉียด ขอบ ดังกล่าว จะเห็นได้ว่า บริเวณ บางส่วน หลัง ตัวกลาง นั้น ที่ เป็น เขต เบี่ยงเบน ซึ่ง สามารถ ติดต่อ สื่อสาร ได้ และ บริเวณ บางส่วน ที่ จะ ติดต่อ สื่อสาร กัน ไม่ได้เลย เรียกว่า เขตเงา (SHADOW)

รูปที่ 4 การเบี่ยงเบนของคลื่นวิทยุ

4. การแทรกสอดของคลื่น
การแทรกสอด ของ คลื่น เรื่องนี้ เกี่ยวข้องกับ คุณสมบัติ ทาง optical ของ คลื่น แม่เหล็ก ไฟฟ้า เรา พิจารณา เรื่อง Interference ต่อไป สิ่งนี้ เกิดขึ้น เมื่อ 2 คลื่น ที่ ออกจาก แหล่ง จ่าย อันเดียว และ เดินทาง มา ด้วย เส้นทาง ที่ ต่างกัน มาถึง จุด หนึ่ง พร้อมกัน สิ่งนี้ เกิดขึ้น บ่อยมาก ในการ เดินทาง ของ High - frequency Sky - Wave propagation และใน Microwave space - wave propagation ( กรณี ของ แบบนี้ จะ อธิบาย ใน หัวข้อนี้ ) มันเกิดขึ้น เมื่อ สายอากาศ ของ ไมโครเวฟ ถูก ตั้ง อยู ่ใกล้กับ พื้นดิน และ คลื่นที่ มา ถึง จุดรับ ไม่ใช่ เพียง จาก ทิศทางตรง แต่ เป็น คลื่นที่ หลังจาก สะท้อน จาก พื้นดิน ด้วย ดังแสดง ในรูปที่ 5

รูปที่ 5 การ Interference ของ direct rays และ ground - reflected rays

จากรูปที่ 5 จะเห็นได้ว่า เส้นทางของคลื่นตรง ( Direct ray ) สั้นกว่า เส้นทาง จาก การ สะท้อน ( Reflected ray ) สำหรับ บางครั้ง การ รวมกัน ของ ความถี่ และ ความสูง ของ สายอากาศ เหนือ พื้นโลก ความ แตกต่าง ระหว่าง เส้นทาง Direct ray 1 กับ Reflected ray 1 เท่ากับ ประมาณ ครึ่ง ความยาวคลื่น สิ่งนี้ จะเป็น การหักล้าง อย่าง สมบูรณ์ ณ จุดรับ P ถ้า พื้นโลก เป็น ตัวสะท้อน ที่ สมบูรณ์ และ หักล้าง กัน บางส่วน สำหรับ พื้นโลก ที่ไม่สมบูรณ์ ส่วน จุดรับ อื่น ๆ (P ) ด้วยเหตุที่ เส้นทาง แตกต่าง ระหว่าง Direct ray 2 กับ Reflected ray 2 มีค่า เท่ากับ หนึ่ง ความยาวคลื่น พอดี ใน กรณีนี้ การ เสริมกัน ของ คลื่น ที่ รับได้ จะ เกิดขึ้น ณ จุดนี้ และ จะ เป็น เฉพาะ บางส่วน หรือ ทั้งหมด ขึ้นอยู่กับ ความ สามารถ การ สะท้อน ของ พื้นโลก การ เกิด อย่าง ต่อเนื่อง ของ จุดนี้ มากกว่า หนึ่งอัน ที่จุด อื่น ๆ อาจพบ ได้อีก จะได้เป็น Interference Pattern ขึ้น ซึ่ง ประกอบด้วย จุด หักล้างกัน ( concellation ) และ จุด เสริมกัน ( Reinforcement ) สลับกัน Pattern ของ รูปแบบ ดังกล่าว นี้ แสดง ดังรูป ที่ 6

รูปที่ 6 Radiation Pattern with interference

กราฟจากรูปที่ 6 คือ จุดต่อกัน ของ Electric intensity ที่เท่า ๆ กัน pattern นี้ เกิดขึ้น โดย สายอากาศ ณ จุดความสูง จาก พื้นโลก ประมาณ 1 ความยาวคลื่น ด้วยการ สะท้อน จาก พื้นโลก ( ถือว่าเป็น แผ่น ระนาบ และ ตัวนำ ที่สมบูรณ์ ) ทำให้ เกิด การ สอดแทรก Pattern ดังแสดง อาจ คำนวณ หรือ พล็อดได้ จาก การวัด Field - Strengh อย่าง ถูกต้อง "Flower petals" ( กลีบดอกไม้ ) ของ pattern นี้ เรียกว่า Lobes ซึ่ง ตรงจุดที่ เสริมกัน ดังเช่น จุด q ของ รูปที่ ผ่านมา ขณะที่ Nulls ระหว่าง Lobes ตรงกับ จุดที่ หักล้างกัน เช่นจุด P ของ รูปที่ 5
การแทรกสอดแบบนี้ สามารถ อธิบาย ได้ โดยการ ที่ คลื่น ผ่าน ช่องสลิต เล็กๆ 2 ช่อง ที่ ใกล้เคียงกัน คลื่นที่ ผ่าน สลิต นี้ จะ ทำให้เกิด แหล่ง กำเนิด คลื่น ขึ้นมา ใหม่ จำนวน 2 แหล่ง ด้วยกัน ดังนั้น จาก หลักการ พื้นฐาน ที่ทราบกัน ว่า คลื่น เคลื่อนที่ เป็น วงกลม รอบๆ แหล่ง กำเนิด จึง ทำให้ คลื่น ที่ ผ่านสลิต แคบๆ มี ลักษณะ เป็น วงกลม ด้วย เมื่อ มี แหล่ง กำเนิด 2 แหล่ง ที่ ใกล้เคียง กัน ดังนั้น จึง ทำให้ เกิดการ แทรกสอด ของ คลื่น ได้เช่นกัน ดังแสดง ตัวอย่าง ดังรูป



คุณสมบัติอื่นๆที่เกิดขึ้นกับคลื่น

การถูกดูดกลืน ( ABSORPTION ) เมื่อคลื่นวิทยุ เดิน ผ่านตัวกลาง พลังงาน ส่วนหนึ่ง จะ สูญเสีย ไป ใน ลักษณะที่ กลายเป็น ความร้อน เรียกว่า คลื่นวิทยุถูกดูดกลืนโดยตัวกลาง ตัวกลางนั้น ไม่ว่า จะเป็น ตัวนำ หรือ มีภาพ เป็น ตัวต้านทาน ต่อ คลื่นวิทยุ อาคาร ตึก และ สิ่ง ก่อสร้างต่าง ๆ บน พื้นโลก อุณหภูมิ ของ อากาศ น้ำ และ ฝุ่นละออง ซึ่ง ประกอบกัน เป็น ชั้น บรรยากาศ สามารถ เป็น ตัวดูดกลืน พลังงาน ได้ทั้งสิ้น
การกระจัดการกระจาย ( SCATTERING ) เมื่อคลื่น เดินทาง ตก กระทบ บน ตัวกลาง ที่ รวมกัน เป็น กลุ่ม พลังงาน ส่วนหนึ่ง จะ สะท้อน ออกมา และ บางส่วน เดินทาง หักเห เข้าไป ใน ตัวกลาง ส่วนหนึ่ง ของ พลังงาน ที่ เข้าไป ใน ตัวกลาง จะ ถูก ดูดกลืน แปลงรูป เป็น ความร้อน และ มี อีก ส่วนหนึ่ง ถูก ตัวกลาง คาย ออกมา อีก ใน รูปของ การ กระจาย พลังงาน คลื่น เนื่องจาก คลื่น ที่ กระจาย ออกมานี้ ไม่ค่อย เป็น ระเบียบ เรา จึง เรียกว่า คลื่นกระจัดกระจาย การกระจัดกระจาย ของ คลื่นนี้ บางครั้ง ก็ นำมา ใช้ ประโยชน์ ได้ เช่น ใน ระบบ การสื่อสาร ที่ เรียกว่า TROPOSPHERIC SCATTER ซึ่ง อาศัย การกระจัด กระจาย ของ คลื่นวิทยุ จาก กลุ่ม อากาศ ที่ หนาแน่น ใน ชั้น บรรยากาศ TROPOSPHERE ซึ่ง อยู่ห่าง จาก ผิวโลก ประมาณ 10 กิโลเมตร ในบางครั้ง การกระจัด กระจาย ของ คลื่น ก็ มี ผลเสีย เช่น การสื่อสาร ย่าน ความถี่ ไมโครเวฟ เมื่อ คลื่น ตกกระทบ เม็ดฝน จะทำให้ คลื่น เกิดการ สูญเสีย เป็นผลจาก การกระจัดกระจาย และ การหักเห ทำให้ คลื่น ไม่ สามารถ เดินทาง ไปยัง ปลายทาง ได้หมด
การลดทอนพลังงาน (ATTENUATION) ของคลื่น จะ มี ความหมาย หรือ สาเหตุ คล้ายคลึงกับ การ ถูก ดูดกลืน คือ การลดทอน พลังงาน คลื่น อัน เนื่อง มาจาก การ ถ่างออก ของ ลำคลื่นวิทยุ ในลักษณะที่ คล้ายคลึง กับ การ ถ่างออก ของ ลำแสง ไฟฉาย ปรากฎการณ์เช่นนี้ จะ ทำให้ ความเข้ม ของ พลังงาน คลื่นวิทยุ ต่อ หนึ่งหน่วย พื้นที่ ลดลง ไปเรื่อยๆ เมื่อ คลื่น เดินทาง ห่างจาก จุดกำเนิด ออกไป ถ้า แหล่ง กำเนิด คลื่น มี ลักษณะที่ สามารถ กระจายคลื่น ได้ ทุก ทิศทาง รอบตัว หรือ เรียกว่า ISOTROPIC ANTENNA นั้น คลื่น ที่ ถูกสร้างขึ้น จะ ลด ความเข้ม ลงไป เรื่อย ๆ เมื่อ คลื่น เดินทาง ห่าง ออกไป โดย ความเข้ม จะ แปรกลับ กับ ระยะทาง กำลังสอง นั่นเอง