คลื่นขวางและคลื่นยาว
| English | ไทย |
|---|---|
| transverse/trænsˈvɜːs/ | ตามขวาง |
| longitudinal/ˌlɒŋɡɪˈtjuːdɪnl/ | ตามยาว |
| perpendicular/ˌpɜːpənˈdɪkjʊlə/ | ตั้งฉาก |
| electromagnetic waves/ɪˌlektrəʊməɡˈnetɪk weɪvz/ | คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า |
| compressions/kəmˈpreʃnz/ | การบีบอัด |
| rarefactions/ˌreərɪˈfækʃnz/ | การกระจายตัว |
| energy transfer/ˈenədʒi ˈtrænsfɜː/ | การถ่ายโอนพลังงาน |
| propagation/ˌprɒpəˈɡeɪʃn/ | การ propagated (propagation) |
วิธีสร้างคลื่นสองแบบ
- เขย่าเชือกขึ้นและลง — การสั่นจะเคลื่อนที่ไปตามตัวเชือก
- ดันและดึงปลายสปริงสลิงกี้ในแนวตั้งฉาก — จะเกิดคลื่นอัดและกระจายแทน
- ทั้งสองแบบส่งพลังงาน แต่อนุภาคเคลื่อนที่ในทิศทางต่างกัน
คลื่นขวาง (Transverse waves)
- อนุภาคสั่น ตั้งฉาก กับทิศทางการเคลื่อนที่ของพลังงาน
- ตัวอย่าง: คลื่นบนเชือก, ทุก คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า, ลมพัดบนผิวน้ำ
คลื่นขวางบนเชือก
คลื่นขวาง
y = a sin(bx + c)
เปลี่ยน แอมพลิจูด และ ความยาวคลื่น ของคลื่น
ในคลื่นขวางอนุภาคสั่นสะเทือน:
คลื่นขวาง = การสั่นในมุมฉากกับการไหลของพลังงาน (คลื่นเชือก, แสง, คลื่นน้ำ)
คลื่นยาว (Longitudinal waves)
- อนุภาคสั่น ขนาน กับทิศทางการเคลื่อนที่
- ประกอบด้วย บริเวณอัด (ถูกบีบเข้าหากัน) และ บริเวณกระจาย (กระจายออก) เสียงเป็นคลื่นยาว
คลื่นยาวบนสปริงสลิงกี้
เสียงที่เดินทางผ่านอากาศเป็นคลื่นยาว
ใช่ — อนุภาคอากาศสั่นไปมาตามทิศทางการเคลื่อนที่ ทำให้เกิดการอัดและการกระจายตัว
เลือก ทั้งหมด คลื่นที่เป็น คลื่นขวาง
แสง คลื่นผิวน้ำ และคลื่นเชือกเป็นคลื่นขวาง เสียงและคลื่นสปริงขดดันปลายตรงเป็นคลื่นยาว
คลื่นยาวประกอบด้วยส่วนอัดและ ____
ส่วนอัดคือที่อนุภาครวมตัวกัน ส่วนกระจายตัวคือที่พวกมันกระจายออก
บอกให้ถูกตามวิธีที่ผู้สอบต้องการ
- คะแนนอยู่ที่การระบุ สอง ทิศทางในประโยคเดียว: ทิศทางที่อนุภาค สั่น, และทิศทางการ ถ่ายโอนพลังงาน (ทิศทางการแพร่กระจาย)
- คลื่นขวาง: "การสั่นอยู่ ตั้งฉาก กับทิศทางการถ่ายโอนพลังงาน"
- คลื่นยาว: "การสั่นอยู่ ขนาน กับทิศทางการถ่ายโอนพลังงาน"
- "อนุภาคเคลื่อนที่ขึ้นและลง" จะไม่มีคะแนนหากบอกเพียงอย่างเดียว — ขึ้นและลงเทียบกับ อะไร?
จับคู่แต่ละคำศัพท์กับนิยามที่กรรมการให้คะแนน
ทุกข้อนี้ถูกทำเครื่องหมายพร้อมข้อความที่กำหนดไว้ "การถ่ายโอนพลังงาน" ไม่ใช่ "การเคลื่อนที่ของคลื่น" เป็นคำที่ใช้ในนิยามของคลื่นทั้งสองประเภท
อ่านกราฟของคลื่นยาว
- กราฟแสดงการกระจัด ตาม ทิศทางการเคลื่อนที่: ค่าบวกหมายถึงอนุภาคเคลื่อนที่ ไปข้างหน้า, ค่าลบหมายถึง ถอยหลัง
- อนุภาคสองอนุภาคห่างกันพอดี หนึ่งความยาวคลื่น จะมีค่าการกระจัดเท่ากันและเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวกัน
- บริเวณอัด อยู่ตรงที่อนุภาคด้านหลังเคลื่อนที่ไปข้างหน้าและอนุภาคด้านหน้าถอยหลัง — กราฟจะตัดแกนศูนย์จาก บนลงล่าง
- ตอนนี้อนุภาคกำลังเคลื่อนที่ไปไหน? ดูที่กราฟด้าน หลัง ของมัน (ฝั่งที่คลื่นมาจาก): ค่าการกระจัดที่นั่นคือทิศทางที่มันกำลังจะไป
คลื่นยาวเคลื่อนที่ไปทางขวา บนกราฟการกระจัด–ระยะทาง อนุภาค P อยู่ที่การกระจัดเป็นศูนย์บนส่วนโค้งที่ เพิ่มขึ้น จากซ้ายไปขวา P กำลังเคลื่อนที่ไปทางไหนตอนนี้?
ดูด้านหลัง P (ทางซ้าย): การกระจัดที่นั่นเป็นลบ ดังนั้น P กำลังมุ่งสู่การกระจัดเชิงลบ — เคลื่อนที่ถอยหลัง อนุภาคที่การกระจัดเป็นศูนย์ไม่เคยหยุดนิ่ง; มันกำลังเคลื่อนที่เร็วที่สุด
กราฟสองแบบ
- การกระจัด–ระยะทาง (ภาพนิ่งของคลื่นทั้งชุด) → อ่านค่า ความยาวคลื่น
- การกระจัด–เวลา (จุดเดียวเมื่อเวลาผ่านไป) → อ่านค่า คา
- ทั้งสองดูคล้ายเส้นโค้งไซน์ สำหรับคลื่นทั้งสองชนิด
กราฟการกระจัด–เวลา แสดงแอมพลิจูดและคาของคลื่น
จับคู่กราฟแต่ละอันกับสิ่งที่อ่านได้จากกราฟนั้น
ภาพตัดขวางตามระยะทางแสดงความยาวคลื่น; จุดเดียวที่ถูกสังเกตตลอดเวลาแสดงช่วงคาบ
สิ่งใดสามารถอ่านได้จากกราฟการกระจัด–ระยะทาง? เลือก ทั้งหมด ที่ถูกต้อง
ช่วงคาบมาจากกราฟการกระจัด-เวลา การอ่านค่าความยาวคลื่นจากกราฟเวลาเป็นข้อผิดพลาดที่พบบ่อยที่สุดในหัวข้อนี้อีกด้วย
แอมพลิจูดของคลื่นถูกทำให้เป็นสองเท่า ความเข้มเพิ่มขึ้นกี่เท่า?
ความเข้มแปรผันตามกำลังสองของแอมพลิจูด ดังนั้นการเพิ่มแอมพลิจูดเป็นสองเท่าจะทำให้ความเข้มเป็นสี่เท่า ความเข้มยังกำลังต่อหน่วยพื้นที่ในแนวตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่
ตัวอย่างคำนวณ: คลื่นเสียงบนกราฟ
กราฟการกระจัด–ระยะทางของคลื่นเสียง (เคลื่อนที่ไปทางขวา) แสดงอนุภาค X และ Y $1.5$ ความยาวคลื่น ห่างกัน $0.24\ \text{m}$. ความถี่คือ $2.0\ \text{kHz}$. อนุภาค Z อยู่ที่จุดศูนย์บนส่วนที่กราฟลดลงจากซ้ายไปขวา
- ความยาวคลื่น: $1.5\lambda = 0.24$, ดังนั้น $\lambda = 0.16\ \text{m}$
- ความเร็ว: $v = f\lambda = 2000 \times 0.16 = 320\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$.
- Z ตอนนี้: ด้านหลัง Z (ทางซ้าย) การกระจัดเป็นบวก ดังนั้น Z กำลังเคลื่อนที่ ไปข้างหน้า, ตามทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่น
- Z หลังผ่านไปหนึ่ง-fourth ของคา: รูปแบบทั้งหมดเคลื่อนที่ไป $\dfrac{\lambda}{4}$, ดังนั้น Z จะได้รับค่าการกระจัดที่เคยอยู่ $\dfrac{\lambda}{4}$ ด้านหลังมัน — เป็น ยอดคลื่น, $+A$. วาดกราฟใหม่โดยเลื่อนกราฟเก่าไปทางขวา $\dfrac{\lambda}{4}$
- ตรวจสอบ: อนุภาคที่อยู่ที่ศูนย์กำลังผ่านตำแหน่งสมดุล ซึ่งเป็นจุดที่มันเคลื่อนที่เร็วที่สุด — ดังนั้นจึงสมเหตุสมผลที่จะถึงค่าการกระจัดสูงสุดหลังจากผ่านไปหนึ่ง-fourth ของคา
บนกราฟการกระจัด–ระยะทาง อนุภาคสองตัวที่ห่างกันพอดีสองรอบคลื่นจะห่างกัน $0.68\ \text{m}$ คลื่นมีความถี่ $1.0\ \text{kHz}$ ความเร็วของมันคือเท่าไหร่ใน m/s?
$2\lambda = 0.68$ ดังนั้น $\lambda = 0.34\ \text{m}$ และ $v = f\lambda = 1000 \times 0.34 = 340\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$ — ความเร็วเสียงในอากาศ
กราฟการกระจัดของคลื่น ยาว ดูเหมือนคลื่นขวางเป๊ะ แต่อนุภาคไม่ได้เคลื่อนที่ขึ้นและลง แกนตั้งคือการกระจัด ตาม เส้นทางการเคลื่อนที่ บอกว่า "ไปข้างหน้าและถอยหลัง" และจำไว้ว่า คลื่น ที่เคลื่อนที่ ในขณะที่อนุภาคเพียงสั่นรอบตำแหน่งคงที่เท่านั้น
คุณเข้าใจแล้ว
- คลื่นขวาง: สั่นตั้งฉากกับการถ่ายโอนพลังงาน (เชือก, แสง, ลมพัด)
- คลื่นยาว: สั่นขนานกับการถ่ายโอนพลังงาน — อัดและกระจาย (เสียง)
- บนกราฟคลื่นยาว บวก = ไปข้างหน้า; ดูด้านหลังอนุภาคเพื่อดูทิศทาง它将要去哪里
- การกระจัด–ระยะทาง แสดง $\lambda$; การกระจัด–เวลา แสดง $T$