Transcript Waves
สมบัติของคลืน่ ถาดคลืน ่ (Ripple tank) ่ นประกอบทีส • สว ่ าค ัญของถาดคลืน ่ – ต ัวถาดคลืน ่ – ต ัวกาเนิดคลืน ่ – โคมไฟ ถาดคลืน ่ (Ripple tank) ่ นประกอบทีส • สว ่ าค ัญ ของถาดคลืน ่ – จุดกึง่ กลางของแถบ มืดแทนตาแหน่งของ ท้องคลืน ่ – จุดกึง่ กลางของ แถบสว่างแทน ั ตาแหน่งของสนคลื น ่ หน้าคลืน ่ (Wave front) • แนวทางเดินของตาแหน่ งบนคลื่นที่มีเฟสเท่ากัน – หน้ าคลื่นตรง การทดลองเสมือนจริง หน้าคลืน ่ (Wave front) • แนวทางเดินของตาแหน่งบนคลืน ่ ทีม ่ เี ฟส เท่าก ัน – หน้าคลืน ่ วงกลม การทดลองเสมือนจริง หน้าคลืน ่ (Wave front) • ล ักษณะของหน้าคลืน ่ – คลืน ่ หน้าตรงทิศทางคลืน ่ ขนานก ัน – คลืน ่ หน้าโค้งวงกลมทิศทางคลืน ่ เป็นแนวร ัศมีของวงกลม – ทิศทางคลืน ่ จะตงฉากก ั้ ับหน้าคลืน ่ เสมอ – หน้าคลืน ่ ทีต ่ ด ิ ก ันจะห่างก ันเท่าก ับความยาวคลืน ่ ( l) ้ นท ับของคลืน การซอ ่ (Superposition of wave) ้ นท ับหรือการรวมก ันของคลืน • การซอ ่ – การรวมก ันแบบเสริม(Constructive Superposition) • การกระจ ัดของคลืน ่ อยูใ่ นทิศเดียวก ัน ้ นท ับของคลืน การซอ ่ (Superposition of wave) ้ นท ับหรือการรวมก ันของคลืน • การซอ ่ – การรวมก ันแบบเสริม(Constructive Superposition) ั ั • สนคลื น ่ เจอก ับสนคลื น ่ การทดลองเสมือนจริง ้ นท ับของคลืน การซอ ่ (Superposition of wave) ้ นท ับหรือการรวมก ันของคลืน • การซอ ่ – การรวมก ันแบบเสริม(Constructive Superposition) • ท้องคลืน ่ เจอก ับท้องคลืน ่ ้ นท ับของคลืน การซอ ่ (Superposition of wave) ้ นท ับหรือการรวมก ันของคลืน • การซอ ่ – การรวมก ันแบบห ักล้าง(Destructive Superposition) • การกระจ ัดของคลืน ่ อยูใ่ นทิศทางตรงข้ามก ัน ้ นท ับของคลืน การซอ ่ (Superposition of wave) ้ นท ับหรือการรวมก ันของคลืน • การซอ ่ – การรวมก ันแบบห ักล้าง(Destructive Superposition) • การกระจ ัดของคลืน ่ อยูใ่ นทิศทางตรงข้ามก ัน การทดลองเสมือนจริง สมบ ัติของคลืน ่ • การเคลือ่ นทีแ่ บบคลืน่ ต้ องมีสมบัติ 4 ประการ – การสะท้อน(Reflection) – การหักเห(Refraction) – การแทรกสอด(Interference) – การเลี้ยวเบน(Diffraction) การสะท้อนของคลืน ่ (Reflection of Wave) ้ เชอ ื กเมือ • การสะท้อนของคลืน ่ ในเสน ่ จุดสะท้อนเป็นจุดตรึงแน่น – เฟสเปลีย ่ น 180 องศา(เฟสตรงข้ามก ัน) ้ เชอ ื กเมือ • การสะท้อนของคลืน ่ ในเสน ่ จุดสะท้อนอิสระ – เฟสไม่เปลีย ่ น (เฟสตรงก ัน) การทดลองเสมือนจริง การสะท้อนของคลืน ่ • การสะท้อนของคลืน ่ ผิวนา้ – เฟสของคลืน ่ สะท้อนจะไม่เปลีย ่ น การทดลองเสมือนจริง การสะท้อนของคลืน ่ • การสะท้อนของคลืน ่ ผิวนา้ – มุมตกกระทบเท่าก ับมุมสะท้อน (q1 = q2) การสะท้อนของคลืน ่ การสะท้อนของคลืน ่ • คลืน ่ วงกลมสะท้อนจากผิวสะท้อนเรียบตรง การทดลองเสมือนจริง การสะท้อนของคลืน ่ • หน้าคลืน ่ วงกลมอยูท ่ จ ี่ ด ุ โฟก ัสสะท้อนจากผิว สะท้อนจากผิวพาราโบลา การสะท้อนของคลืน ่ ้ ตรงสะท้อนจากผิวสะท้อนพาราโบลา • หน้าคลืน ่ เสน การห ักเหของคลืน ่ (Refraction of Wave) การห ักเหของคลืน ่ (Refraction of Wave) • คลืน ่ เคลือ ่ นทีผ ่ า่ นตัวกลางต่างชนิดกัน – อ ัตราเร็ว ของคลืน ่ และความยาวคลืน ่ เปลีย ่ นแปลง แต่ ความถี่ คงเดิม การห ักเหของคลืน ่ (Refraction of Wave) • คลืน ่ เคลือ ่ นทีผ ่ า่ นต ัวกลางต่างชนิดก ัน – ทิศทางของคลืน ่ ตงฉากก ั้ ับรอยต่อ การทดลองเสมือนจริง การห ักเหของคลืน ่ (Refraction of Wave) • คลืน ่ เคลือ ่ นทีผ ่ า่ นต ัวกลางต่างชนิดก ัน – ทิศทางของคลืน ่ ไม่ตงฉากก ั้ ับรอยต่อ การทดลองเสมือนจริง การห ักเหของคลืน ่ (Refraction of Wave) • พิจารณาการห ักเหของคลืน ่ นา้ ทีร่ อยต่อ ้ ของนา้ ลึกก ับนา้ ตืน “กฎของสเนล” การห ักเหของคลืน ่ (Refraction of Wave) • ล ักษณะการห ักเหของคลืน ่ ่ า้ ลึก ้ ไปสูน – จากบริเวณนา้ ตืน ่ า้ ลึก (v มาก ,q มาก) ้ (v น้อย ,q น้อย) สูน คลืน ่ เคลือ ่ นทีจ ่ ากนา้ ตืน ้ แนวฉาก ทิศทางคลืน ่ ห ักเหจะเบนออกจากเสน การห ักเหของคลืน ่ (Refraction of Wave) • ล ักษณะการห ักเหของคลืน ่ ่ า้ ตืน ้ – จากบริเวณนา้ ลึกไปสูน พระเจ้ า จ๊ อด มัน ยอดมาก ่ า้ ตืน ้ (v น้อย ,qน้อย) คลืน ่ เคลือ ่ นทีจ ่ ากนา้ ลึก(v มาก ,qมาก) สูน ้ แนวฉาก ทิศทางคลืน ่ ห ักเหจะเบนเข้าหาเสน การห ักเหของคลืน ่ (Refraction of Wave) • มุมวิกฤตและการสะท้อนกล ับหมด – เมื่อคลืน่ ผิวนา้ เคลือ่ นที่จากบริเวณ น้ำตื้นเข้ ำสู่ บริ เวณน้ำลึก – มุมตกกระทบที่ทาให้ เกิดมุมหักเหมีค่าเท่ ากับ 90 เรียกว่า มุมวิกฤต – มุมตกกระทบโตมากกว่ามุมวิกฤต จะเกิดการสะท้ อนขึน้ ที่รอยต่ อของตัวกลางทั้งสอง เรียกปรากฏการณ์ นีว้ ่า กำรสะท้ อนกลับหมด การสะท้อนกล ับหมด การทดลองเสมือนจริง “มุมวิกฤต” ( Critical Angle ; qc ) การแทรกสอดของคลืน ่ (Interference of Wave) • แหล่งกาเนิดอาพ ันธ์(Coherent Source) – ความถีเ่ ท่าก ัน และเฟสตรงก ัน ริว้ ของการแทรกสอด (Interference pattern) การทดลองเสมือนจริง คิก ๆ ตายแน่ การแทรกสอดของคลืน ่ (Interference of Wave) • แหล่งกาเนิดอาพ ันธ์(Coherent Source) โอ้ย ; อะไรกันเนี่ย การแทรกสอดแบบเสริม (Constructive Interference) การแทรกสอดแบบหักล ้าง (Destructive Interference) การแทรกสอดของคลืน ่ (Interference of Wave) • แหล่งกาเนิดอาพ ันธ์(Coherent Source) ้ ปฎิบ ัพ(Antinode line) เสน การแทรกสอดแบบเสริม S1P - S2P = nג การแทรกสอดแบบห ักล้าง S1Q-S2Q = [n-(1/2)] ג ้ บ ัพ(Node line) เสน Path diff การแทรกสอดของคลืน ่ (Interference of Wave) • แหล่งกาเนิดอาพ ันธ์(Coherent Source) – พิสจ ู น์การแทรกสอดแบบเสริม Path diff = 0 ג Path diff = 1 ג Path diff = 2 ג . โฮ ๆๆ . . Path diff = n ג ; n=0,1,2,3,… การแทรกสอดของคลืน ่ (Interference of Wave) • แหล่งกาเนิดอาพ ันธ์(Coherent Source) – พิสจ ู น์การแทรกสอดแบบห ักล้าง Path diff = (1/2) ג Path diff = (3/2) ג Path diff = (5/2) ג . . . Path diff = [n-(1/2)]ג ; n=1,2,3,… การแทรกสอดของคลืน ่ (Interference of Wave) • แหล่งกาเนิดอาพ ันธ์(Coherent Source) – พิสจ ู น์การแทรกสอดแบบห ักล้าง Path diff = (1/2) ג Path diff = (3/2) ג Path diff = (5/2) ג . . . Path diff = [n-(1/2)]ג ; n=1,2,3,… การแทรกสอดของคลืน ่ (Interference of Wave) • การแทรกสอดของคลืน ่ ทีจ ่ ด ุ P ซงึ่ ไกลมากจาก แหล่งกาเนิดคลืน ่ S1 ,S2 ถ้าจุด P เป็นจุดปฎิบ ัพ จะประมาณได้วา ่ dsinӨ dsin Ө = n ; גn = 0 , 1 , 2 , 3 , … ถ้าจุด P เป็นบ ัพ จะประมาณได้วา่ dsin Ө = [n-(1/2)] ; גn = 1 , 2 , 3 , … การแทรกสอดของคลืน ่ (Interference of Wave) ้ ปฎิบ ัพและเสน ้ บ ัพเมือ • เสน ่ เฟสตรงและเฟสตรงก ันข้าม โฮะ ๆ ง่ายมก ่ั ๆ การทดลองเสมือนจริง สรุปสูตรการแทรกสอด • เมือ ่ เฟสตรงก ัน – เสริมก ัน(ปฎิบ ัพ) – ห ักล้างก ัน(บ ัพ) ว้าว ๆ ๆ ๆ ๆ สรุปสูตรการแทรกสอด • เมือ ่ เฟสตรงก ันข้าม – เสริมก ัน(ปฎิบ ัพ) – ห ักล้างก ัน(บ ัพ) รักฟิ สิ กส์ จัง เลย การเลี้ยวเบนของคลื่น (Diffraction of Wave) • การเลี้ยวเบนของคลื่น – ความยาวคลื่น ความถี่ และอัตราเร็ วเท่าเดิม การเลีย้ วเบนของคลืน่ ผ่ านสิ่ งกีดขวาง การทดลองเสมือนจริง การเลี้ยวเบนของคลื่น (Diffraction of Wave) • การเลี้ยวเบนของคลื่น – ความยาวคลื่น ความถี่ และอัตราเร็ วเท่าเดิม ่ ง เมือ ่ คลืน ่ ผ่านสงิ่ กีดขวางหรือชอ ้ วเบนมาก เปิ ดแคบ ๆ จะเกิดการเลีย ่ งเปิ ดนีม ้ ถ้าชอ ้ ค ยิง่ ขึน ี วามกว้าง เท่าก ับหรือน้อยกว่าความยาวคลืน ่ ่ งเปิ ดนน แล้วคลืน ่ จะแผ่ออกจากชอ ั้ ่ งเปิ ดนีเ้ รียกว่า สลิต โดยรอบ ชอ (เปรียบเสมือนแหล่งกาเนิดวงกลม) การเลีย้ วเบนของคลืน่ ผิวนา้ ผ่ านช่ องแคบหรื อสลิตเดี่ยว การเลี้ยวเบนของคลื่น (Diffraction of Wave) • หลักของฮอยเกนส์(Huygen’s principal) – ใช้อธิบายปรากฏการณ์เลี้ยวเบนของคลื่น มีใจความว่า “ทุก ๆ จุดบนหน้าคลื่นถือได้วา่ เป็ นต้นกาเนิดของคลื่นใหม่ ซึ่ งให้กาเนิดคลื่นวงกลมที่มีเฟสเดียวกัน เคลื่อนที่ไปในทิศ เดียวกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่นนั้น” การเลี้ยวเบนของคลื่น (Diffraction of Wave) • หลักของฮอยเกนส์(Huygen’s principal) – อธิ บายปรากฏการณ์เลี้ยวเบนของคลื่น การเลี้ยวเบนของคลื่น (Diffraction of Wave) • การเลี้ยวเบนของคลื่นน้ าผ่านช่องเปิ ดเดี่ยว – หน้าคลื่นที่ผา่ นช่องเปิ ดเดี่ยวไปได้น้ นั ทุก ๆ จุดจาทาหน้าที่เสมือนเป็ นจุดกาเนิ ด คลื่นกระจายคลื่นไปเสริ มหรื อหักล้างกันเกิดเป็ นแนวบัพและแนวปฎิบพั ขึ้น การทดลองเสมือนจริง การเลี้ยวเบนของคลื่น (Diffraction of Wave) • การเลี้ยวเบนของคลื่นน้ าผ่านช่องเปิ ดเดี่ยว – เกิดการแทรกสอดแบบหักล้าง(บัพ) Path diff = nג dsin Ө = nג ; n= 1,2,3,… – เกิดการแทรกสอดแบบเสริ ม(ปฏิบพั ) Path diff = [n+(1/2)] dsin Ө = [n+(1/2)]ג ג ; n= 1,2,3,… การเลี้ยวเบนของคลื่น (Diffraction of Wave) • การเลี้ยวเบนของคลื่นน้ าผ่านช่องเปิ ดคู(่ สลิตคู่) – จากแหล่งกาเนิดที่มีเฟสตรงกัน การทดลองเสมือนจริง การเลี้ยวเบนของคลื่น (Diffraction of Wave) • สูตรการคานวณแนวปฎิบพั และแนวบัพจากช่องเปิ ดคู่ – แนวปฎิบัพ Path diff = nג dsin Ө = nג ; n=0,1,2,3,… – แนวบัพ Path diff = [n-(1/2)] dsin Ө = [n-(1/2)]ג ; n= 1,2,3,… คลื่นนิ่ง(standing Wave) • คลื่น2 ขบวนมีแอมพลิจูด,ความยาวคลื่น,อัตราเร็ วเท่ากัน เคลื่อนที่สวน ทางกันในแนวเส้นตรงเดียวกัน จะเกิดการรวมกัน คลื่นนิ่ง(standing Wave) • คลื่น2 ขบวนมีแอมพลิจูด,ความยาวคลื่น,อัตราเร็ วเท่ากัน เคลื่อนที่สวน ทางกันในแนวเส้นตรงเดียวกัน จะเกิดการรวมกัน วีดีโอ คลื่นนิ่ง(standing Wave) • คลื่นนิ่งในเส้นเชือก วีดีโอ คลื่นนิ่ง(standing Wave) • คลื่นนิ่งในเส้นเชือก • จากสมการ แอมพลิจูดของตัวกลางมีค่าน้อยที่สุดเมื่อ • ดังนั้น • เนื่องจาก • จะได้ • ตาแหน่งที่แอมพลิจูดเป็ นศูนย์เรี ยกว่า nodes คลื่นนิ่ง(standing Wave) • คลื่นนิ่งในเส้นเชือก – ตาแหน่งของตัวกลางที่มีการกระจัดสู งสุ ดเรี ยกว่า antinodes – จากสมการ ตาแหน่งของอนุภาคของตัวกลางมีการกระจัดสู งสุ ดเมื่อ – ดังนั้น – เนื่องจาก – จะได้ คลื่นนิ่ง(standing Wave) • ลักษณะของคลื่นนิ่งที่เกิดขึ้น – จุดบัพที่อยูต่ ิดกันจะห่ างกัน เท่ากับ ג/2 เสมอ – จุดปฎิบพั ที่อยูต่ ิดกันจะห่ างกัน เท่ากับ ג/2 เสมอ – จุดบัพและปฎิบพั ที่ติดกันจะห่างกัน เท่ากับ ג/4 เสมอ – แอมพลิจูดสู งสุ ดของจุดปฎิบพั จะเป็ นสองเท่าของคลื่นย่อยทั้งสอง – คาบของคลื่นนิ่งจะเท่ากับคาบของคลื่นย่อยทั้งสอง การสัน่ พ้อง(Resonance) • ความถี่ธรรมชาติ – ความถี่ในการแกว่งหรื อสั่น วัตถุอย่างอิสระ ของ • ความถี่ธรรมชาติของลูกตุม้ 1 f = 2 g l • ความถี่ธรรมชาติของมวลติด สปริ ง 1 f = 2 k m ปลาย การสัน่ พ้อง(Resonance) • การสัน่ พ้อง – ถ้าออกแรงกระทาเป็ นจังหวะ ๆ ที่พอเหมาะกับความถี่ธรรมชาติของการ แกว่ง ทาให้ช่วงกว้างของการแกว่ง(แอมพลิจูด) ค่อย ๆ เพิ่มขึ้นจนถึงมากที่สุด เรี ยกปรากฏการณ์น้ ี วา่ การสั่นพ้องของการแกว่ง การสัน่ พ้อง(Resonance) • การสัน่ พ้องของเส้นลวด – พิจารณาเส้นลวดหรื อเชือกที่ปลายทั้ง สองตรึ งแน่น ที่มีความยาวเป็ น L – เมื่อดีดเส้นลวดจะเกิดคลื่นในเส้น ลวด ไปกระทบจุดตรึ งแล้วสะท้อน กลับไปกลับมาเป็ นคลื่นนิ่ง – จุดตรึ งเป็ นตาแหน่งบัพเสมอ – การเกิดคลื่นนิ่งลักษณะนี้เรี ยกว่า เกิดการสั่นพ้องของเส้นลวด การสัน่ พ้อง(Resonance) • ความถี่ของคลื่นนิ่งที่ทาให้เกิดการสัน่ พ้องของเส้นลวด มีได้หลายค่า ดังนี้ – ความถี่มูลฐาน(fundamental):ความถี่ต่าสุ ดของคลื่นนิ่ ง ซึ่ งมี ความยาวคลื่นมากที่สุดแล้วทาให้เกิดการสั่นพ้องของเส้นลวด – โอเวอร์โทน(overtone) : ความถี่ของคลื่นนิ่งที่สูงถัดจากความถี่ มูลฐาน แล้วทาให้เกิดการสัน่ พ้องของเส้นลวด มีค่าเป็ นขั้น ๆ – ฮาร์โมนิก(harmonic):ตัวเลขที่บอกว่า ความถี่น้ นั เป็ นกี่เท่าของ ความถี่มูลฐาน การสัน่ พ้อง(Resonance) • การหาความยาวคลื่นของคลื่นนิ่งขณะเกิดการสัน่ พ้องของคลืน่ ในเส้น เชือกหรื อลวด – โหมดที่ 1 • ½l = L ดังนั้น l = 2L การสัน่ พ้อง(Resonance) • การหาความยาวคลื่นของคลื่นนิ่งขณะเกิดการสัน่ พ้องของคลืน่ ในเส้น เชือกหรื อลวด – โหมดที่ 2 •l=L การสัน่ พ้อง(Resonance) • การหาความยาวคลื่นของคลื่นนิ่งขณะเกิดการสัน่ พ้องของคลืน่ ในเส้น เชือกหรื อลวด – โหมดที่ 3 • l = 2L/3 การสัน่ พ้อง(Resonance) • การหาความยาวคลื่นของคลื่นนิ่งขณะเกิดการสัน่ พ้องของคลืน่ ในเส้น เชือกหรื อลวด – โหมดที่ n • ln = 2L / n n = 1, 2, 3, … • n เป็ นจำนวนโหมดของกำรสั่น การสัน่ พ้อง(Resonance) • ความถี่ของคลื่นนิ่งขณะเกิดการสั่นพ้องของคลื่นในเส้นเชือก – จาก v = fl v n T ƒn = n = 2L 2L วีดีโอ การสัน่ พ้อง(Resonance) • ความถี่ของคลื่นนิ่งขณะเกิดการสั่นพ้องของคลื่นในเส้นเชือก – f1 = V 2L – f2 = 2V = 2 f1 2L – : f1 คือความถี่มูลฐาน หรื อ Harmonic ที่ 1 :f2 คือ ความถี่โอเวอร์โทนที่ 1 (first overtone) หรื อ Harmonic ที่ 2 f3 = 3V = 3 f1 2L : f3คือความถี่โอเวอร์โทนที่ 2 (second overtone) หรื อ Harmonic ที่ 3 คลื่นเสี ยง (Sound Waves) • การเกิดและการเคลื่อนที่ของคลื่นเสี ยง – คลื่นเกิดจากการสั่นสะเทือนแหล่งกาเนิ ดเสี ยง – ถ่ายทอดพลังงานของการสั่นให้แก่อนุภาคของตัวกลาง – อนุภาคของตัวกลางสัน่ แบบซิ มเปิ ลฮาร์ โมนิ กในทิศเดียวกับทิศการเคลื่อนที่ ของเสี ยงจึงเป็ น คลื่นตำมยำว (Longitudinal Wave) คลื่นเสี ยง (Sound Waves) • แหล่งกาเนิดคลื่นเสี ยงแบ่งตามลักษณะของวัตถุตน้ กาเนิดได้ 3 ประเภท คือ – เกิดจากการสั่นของสายหรื อแท่ง ได้แก่ เครื่ องสายต่าง ๆ เช่น ไวโอลิน กีตาร์ ซอ จะเข้ ขิม ส้อมเสี ยง – เกิดจากการสั่นของผิว เช่น ระฆัง ฉาบ ฉิ่ ง กลอง – เกิดจากการสั่นของลาอากาศ ได้แก่ เครื่ องเป่ าชนิดต่าง ๆ เช่น นกหวีด ขลุ่ย ปี่ แคน แซกโซโฟน คลื่นเสี ยง (Sound Waves) • พิจารณาท่อทรงกระบอกที่บรรจุก๊าซ – คลื่นตามยาวถูกแผ่ไปตามท่อทรงกระบอก ที่บรรจุก๊าซ – แหล่งกาเนิดของคลื่นคือการสั่นของลูกสูบ – ระยะทางระหว่างส่ วนอัดกับส่ วนหรื อส่ วน ขยายกับส่ วนขยายคือ ควำมยำวคลื่น การทดลองเสมือนจริง คลื่นเสี ยง (Sound Waves) • บริเวณทีค ่ ลืน ่ เคลือ ่ นทีผ ่ า่ นภายในท่อ อนุภาคของ ั่ แบบ ซม ิ เปิ ลฮาร์โมนิกในทิศเดียวกับทิศ ตัวกลางจะสน การเคลือ ่ นทีข ่ องคลืน ่ ั ของตาแหน่ง (การกระจัด)ซงึ่ เป็ นการเคลือ • ฟั งก์ชน ่ นที่ ิ เปิ ลฮาร์โมนิก คือ แบบ ซม s (x, t) = smax cos (kx – wt) – smax คือ ตาแหน่งสู งสุ ดจากตาแหน่งสมดุล(การกระจัดสู งสุ ด) – smax เรี ยกว่า แอมพลิจูด (amplitude) ของคลื่น คลื่นเสี ยง (Sound Waves) • การเปลี่ยนแปลงความดัน (pressure, DP )ของก๊าซเป็ นแบบมี คาบ (periodic) DP = DPmax sin (kx – wt) – DPmax คือแอมพลิจูดของความดัน – โดยที่ DPmax = rvwsmax (มาจากการพิสูจน์:serwayหน้า 516 ) – k คือ เลขคลื่น (wave number) – w คือ ความถี่เชิงมุม (angular frequency) คลื่นเสี ยง (Sound Waves) • คลื่นเสี ยงอาจพิจารณาได้จาก ทั้ง การกระจัด และความดัน • ความดันของคลื่นจะมีเฟสต่าง กับการกระจัดอยู่ 90o – ความดันมีค่ามากที่สุดเมื่อการ กระจัดมีค่าเป็ นศูนย์ คลื่นเสี ยง (Sound Waves) • ลักษณะของคลื่นเสี ยง – คลื่นเสียงประกอบด้วยส่วนอัดและส่วนขยายของอนุภาคของตัวกลาง – ส่วนอัด (Compression) คือ ส่วนทีอ่ นุภาคเคลื่อนทีไ่ ปทีต่ าแหน่งเดียวกันและมีความ ดันมากกว่าปกติ – ส่วนขยาย (Rarefaction) คือ ส่วนทีอ่ นุภาคเคลื่อนทีต่ รงกันข้ามกับคลื่นและมีความ ดันน้อยกว่าปกติ อัตราเร็ วของคลื่นเสี ยง (Speed of Sound Waves) • อัตราเร็ วของคลื่นเสี ยง คือ ระยะทำงที่คลืน่ เสียงเคลือ่ นที่ได้ ในหนึ่งหน่ วยเวลำ • อัตราเร็ วของคลื่นเสี ยง ขึ้นอยู่ กับสภำพของตัวกลำงที่ เสี ยงผ่ ำน เช่น ความ หนาแน่นของตัวกลาง อุณหภูมิ และความยืดหยุน่ ของตัวกลาง • ถ้าควำมหนำแน่ นและอุณหภูมิของตัวกลำง มาก อัตราเร็ วของเสี ยงจะมีค่ามาก เนื่องจากอาศัยตัวกลางถ่ายทอดพลังงานจลน์ได้ดี • หรื อถ้าตัวกลางมี ควำมยืดหยุ่นมำก อัตราเร็ วของเสี ยงจะมีค่ามาก • ในตัวกลางเดียวกันอัตราเร็ วของเสี ยง ไม่ ขึน้ อยู่กับควำมถี่และควำมยำวคลื่น • เมื่ออุณหภูมิเท่ากันเสี ยงจะเดินทางได้ เร็ วในตัวกลางที่เป็ น ของแข็ง ของเหลว และ ก๊ ำซ ตามลาดับ อัตราเร็ วของคลื่นเสี ยง (Speed of Sound Waves) • พิจารณา แก๊ส ที่ถกู อัด ดังรู ปด้านขวา • ก่อนที่ลกู สู บจะเคลื่อนที่ แก๊ส จะมีความ ดันคงที่ (ความดันปกติ) • เมื่อลูกสู บเริ่ มเคลื่อนที่ไปทางด้านขวา ก๊าซที่อยูด่ า้ นหน้าจะถูกอัด – บริ เวณที่มีสีเข้มของภาพ อัตราเร็ วของคลื่นเสี ยง (Speed of Sound Waves) • เมื่อลูกสู บหยุดการเคลื่อนที่ บริ เวณของ แก๊ส ที่ถูกอัดจะยังคงเคลื่อนทีต่ ่อไป – ซึ่ งสอดคล้องกับพัลส์ของคลื่นตามยาว ที่เคลื่อนที่ไปในกระบอกสูบด้วย อัตราเร็ ว v – อัตรำเร็ วของลูกสู บจะไม่ เท่ ำกับ อัตรำเร็ วของคลื่น อัตราเร็ วของเสี ยงในของไหล • อัตราเร็ วของเสี ยงในของไหลขึ้นอยูก่ บั ความยืดหยุน่ ตัวของของไหล คือ ค่า Bulk Modulus และความหนาแน่นของของไหล v= B r – V = อัตราเร็วเสี ยง – B = ค่าสัมประสิ ทธิ์ของความยืดหยุน่ ของบัลค์ = ΔP/(ΔV/V) – ρ = ความหนาแน่นของของไหล อัตราเร็ วของเสี ยงในของแข็ง • อัตราเร็ วของเสี ยงในของแข็งขึ้นอยูก่ บั ความยืดหยุน่ ตัวของของแข็ง คือ Young ‘s Modulus และความหนาแน่นของของแข็ง V= Y r – Y = ค่ าสั มประสิ ทธิ์ของความยืดหยุ่น (Young ‘ s Modulus) = อัตราส่ วนของความเค้ นต่ อความเครียด อัตราเร็ วของเสี ยงในแก๊ส • การอัดตัวและขยายตัวของก๊าซที่คลื่นเสี ยงเคลื่อนที่ผา่ นเป็ นไปตามกระบวนการ อะเดียบาติก คือ B = P – เมื่อ B = Bulk modulus – P = ความดันแก๊ส cP – = cV ดังนั้น P V= r อัตราเร็ วของเสี ยงในอากาศ • อัตราเร็ วของเสี ยงในอากาศ จากการทดลองพบว่า อัตราเร็ วของเสี ยงใน อากาศเป็ นสัดส่ วนโดยตรงกับรากที่สองของอุณหภูมิเคลวิน V T V =k T • ดังนั้นได้ความสัมพันธ์ระหว่างอัตราเร็ วและอุณหภูมิคือ TC v = (331 m/s) 1 273 C x 2 – จากคณิตศาสตร์ เมือ่ x มีค่าน้ อย : ได้ V = 331 + 0.6 Tc • ค่า 331 m/s คืออัตราเร็วที่ 0o C • TC คืออุณหภูมิของอากาศในสเกล Celsius 1 x = 1 ตัวอย่าง ตัวอย่าง สมบัติของคลื่นเสี ยง • การสะท้อนของเสี ยง – กฎของการสะท้อน • ทิศทางคลื่นตกกระทบ เส้นแนวฉาก และทิศทางคลื่นสะท้อนต้องอยูใ่ น ระนาบเดียวกัน • มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน สมบัติของคลื่นเสี ยง • การหักเหของเสี ยง – เมื่อเสี ยงเคลื่อนที่ผา่ นตัวกลางต่างชนิ ดกัน จะทาให้อตั ราเร็ วเสี ยง เปลี่ยนแปลง และอุณหภูมิที่เปลี่ยนไปก็ทาให้อตั ราเร็ วของเสี ยงเปลี่ยนแปลง ไปด้วย – เป็ นไปตามสมการ sin q l V T 1 sin q 2 = 1 l2 = 1 V2 = 1 T2 สมบัติของคลื่นเสี ยง • การแทรกสอดของคลื่นเสี ยง – ถ้าคลื่นรวมกันระหว่างสันคลื่น(ส่ วนอัด) ด้วยกัน หรื อคลื่นรวมระหว่างท้องคลื่น (ส่ วนขยาย) ด้วยกัน ณ ตาแหน่งนั้นเป็ น ตาแหน่งที่เสี ยงดังกว่าเดิม – ถ้า ณ ตาแหน่งใดคลื่นรวมระหว่างสัน คลื่นกับท้องคลื่น ตาแหน่งนั้นจะเป็ น ตาแหน่งเสี ยงค่อย ภาพ การ Set ระบบเพือ่ อธิบาย การแทรกสอดของคลืน่ เสียง สมบัติของคลื่นเสี ยง • พิจารณาลาโพง 2 ตัวที่เหมือนกันตัวปล่อยคลื่นเสี ยงไปที่จุด P – จุด P เป็ นจุดที่มีการแทรกสอดแบบเสริ ม ี ง สรุปสูตรการแทรกสอดของคลืน ่ เสย • เมือ ่ เฟสตรงก ัน – เสริมก ัน(ปฎิบ ัพ : ด ัง) – ห ักล้างก ัน(บ ัพ : ค่อย) ี ง สรุปสูตรการแทรกสอดของคลืน ่ เสย • เมือ ่ เฟสตรงก ันข้าม – เสริมก ัน(ปฎิบ ัพ : ด ัง – ห ักล้างก ัน(บ ัพ : ค่อย) ) การเลี้ยวเบนของเสี ยง • การคานวณเรื่ องการการเลี้ยวเบนของคลื่นเสี ยง เหมือนกับการเลี้ยวเบน ของคลื่นน้ าทุกประการ – เกิดการแทรกสอดแบบหักล้าง(บัพ) Path diff = nג ; n= 1,2,3,… dsin Ө = nג – เกิดการแทรกสอดแบบเสริ ม(ปฏิบพั ) Path diff = [n+(1/2)] dsin Ө = [n+(1/2)]ג ; n= 1,2,3,… ปรากฏการการแทรกสอดในชีวิตประจาวัน • การเกิดบีตส์ (Beat) – เป็ นปรากฎการณ์จากการแทรกสอดของคลื่นเสี ยง 2 ขบวนที่มีความถี่ต่างกัน เล็กน้อยและเคลื่อนที่อยูใ่ นแนวเดียวกันเกิดการรวมคลื่นเป็ นคลื่นเดียวกัน ทา ให้แอมพลิจูดเปลี่ยนไป เป็ นผลทาให้เกิดเสี ยงดังค่อยสลับกันไปด้วยความถี่ค่า หนึ่ง – ความถี่ของบีตส์ หมายถึงเสี ยงดังเสี ยงค่อยที่เกิดขึ้นสลับกันในหนึ่ งหน่วยเวลา เช่น ความถี่ของบีตส์เท่ากับ 10 รอบต่อวินาที หมายความว่าใน 1 วินาที เสี ยงดัง 10 ครั้งและเสี ยงค่อย 10 ครั้ง ปรากฏการการแทรกสอดในชีวิตประจาวัน • การเกิดบีตส์ (Beat) • ที่ การทดลองเสมือนจริง ปรากฏการณ์การแทรกสอดในชีวิตประจาวัน • การเกิดบีตส์ – ได้คลื่นลัพธ์ – จากวิชาคณิ ตศาสตร์ – ดังนั้นคลื่นลัพธ์เป็ น ปรากฏการการแทรกสอดในชีวิตประจาวัน • การเกิดบีตส์ – จากสมการของคลื่นลัพธ์ – ความถี่เสี ยงที่ผฟู้ ังได้ยนิ คือความถี่เฉลี่ย – แอมพลิจูดของคลื่นลัพธ์คือ – แอมพลิจูดมากที่สุดเมื่อ – ดังนั้นได้ความถี่บีตส์ การสัน่ พ้องของเสี ยง(Resonance) • กำรสั่นพ้อง คือ ปรากฏการณ์ที่การสัน่ ของวัตถุใด ๆ มีความถี่ของการ สัน่ เท่ากับความถี่ธรรมชาติ จะทาให้เกิดวัตถุน้ นั มีการสัน่ ที่รุนแรงที่สุด (เกิดคลื่นนิ่ง) • ตัวอย่าง – ท่อที่ทาให้เกิดคลื่นนิ่ง – จากภาพเป็ นท่อปลายปิ ด คลื่นนิ่งในท่อ(Resonance tube) • คลื่นนิ่งเกิดจากการซ้อนทับกันของคลื่นเสี ยงซึ่งเป็ นคลืน่ ตามยาวที่วิ่ง สวนทางกันภายในท่อ • เฟสของคลื่นสะท้อนจะเปลี่ยนไป180 องศาถ้าเป็ นท่อปลายปิ ด • เฟสของคลื่นสะท้อนจะไม่เปลี่ยนถ้าท่อเป็ นท่อปลายเปิ ด คลื่นนิ่งในท่อปลายเปิ ด • ทีป่ ลายทั้งสองจะเป็ นจุด ปฏิบพั (antinodes) • มีความถี่มูลฐานเป็ น v/2L • ฮาร์ มอนิกที่ n มีความถี่เป็ น ƒn = nƒ1 = n (v/2L) เมือ่ n = 1, 2, 3, … คลื่นนิ่งในท่อปลายปิ ด • • • • ที่ปลายปิ ดจะเป็ นตาแหน่งบัพ (node) ที่ปลายเปิ ดจะเป็ นตาแหน่งปฏิบพั (antinode) มีความถี่มูลฐานเป็ น ¼l ฮาร์มอนิกที่ n มีความถี่เป็ น ƒn = nƒ = n (v/4L) เมื่อ n = 1, 3, 5, … The Doppler Effect • บางครั้งเราได้ยนิ เสี ยงแตรของรถยนต์เปลี่ยนไปเมื่อรถยนต์ เคลื่อนที่ผา่ นเราไป • เมื่อรถยนต์เคลื่อนที่เข้าหาเราความถี่ของเสี ยงที่เราได้ยนิ จะ มากกว่าความถี่ในกรณี ที่รถยนต์เคลื่อนที่ออกจากเรา • เหตุการณ์น้ ีเป็ นตัวอย่างของ ปรำกฏกำรณ์ ดอปเพลอร์ The Doppler Effect • Doppler Effect เกิดขึน้ เมือ่ ควำมถีห่ รือควำมยำวคลื่น มีการ เปลีย่ นแปลง เนื่องจากแหล่ งกาเนิดเคลือ่ นทีห่ รื อผู้สังเกต เคลือ่ นที่ • พิจารณา ในกรณีทผี่ ้ ูสังเกตอยู่บนเรือทีล่ อยอยู่ในทะเลทีค่ ลืน่ สงบ(คลืน่ ผิวนา้ มีอตั ราเร็วคงที่)เคลือ่ นทีไ่ ปทางด้ านซ้ ายดัง ภาพ • ในภาพ a ผู้สังเกตเริ่มจับเวลาเมือ่ สั นคลืน่ มากระทบเรือ เมือ่ สั นคลืน่ ลูกถัดมากระทบเรือจับเวลาได้ 3 วินาที แสดงว่ าคลืน่ มีความถี่ 0.33 Hz • ในภำพ b และ c ควำมถีท่ วี่ ัดได้ จะเป็ นอย่ ำงไรเมื่อเทียบกับ ภำพ a The Doppler Effect • นัน่ คือ Doppler Effect เกิดขึ้นจากอัตราเร็ วสัมพัทธ์ระหว่าง (ผูส้ ังเกต)กับคลื่น – เมื่อเรื อเคลื่อนที่ไปทางขวา อัตราเร็ วสัมพัทธ์ของคลื่นเทียบกับเรื อจะมำกกว่ ำ อัตราเร็ วของคลื่น ทาให้คนที่อยูบ่ นเรื อ(ผูส้ ังเกต)เห็นความถี่ของคลื่นมากขึ้น – เมื่อกลับหัวเรื อให้เรื อเคลื่อนที่ไปทางซ้าย อัตราเร็ วสัมพัทธ์ของคลื่นเทียบกับ เรื อจะน้อยกว่าอัตราเร็ วของคลื่น ทาให้ผสู ้ ังเกตเห็นความถี่ของคลื่นน้อยลง ปรากฏการณ์ ดอปเพลอร์ ของเสี ยง (1) • พิจารณาคลื่นเสี ยงกับเทียบกับคลื่นน้ าที่มากระทบเรื อ – พิจารณาคลื่นเสี ยงแทนคลื่นน้ า – ตัวกลางเป็ นอากาศแทนที่จะเป็ นน้ า – ผูส้ ังเกตคือผูฟ้ ังแทนที่จะเป็ นคนที่อยูบ่ นเรื อ ปรากฏการณ์ ดอปเพลอร์ ของเสี ยง (2) • พิจารณา ผูส้ ังเกต(ผูฟ้ ัง)เคลื่อนที่แหล่งกาเนิดเสี ยงหยุดนิ่งอยูก่ บั ที่ – ผูส้ ังเกตเคลื่อนที่ดว้ ยอัตราเร็ ว Vo – สมมติวา่ แหล่งกาเนิดเสี ยงอยูน่ ิ่ งเทียบกับตัวกลางที่อยูน่ ิ่ ง(อากาศ) : Vs=0 – สมมติวา่ คลื่นเสี ยงเคลื่อนที่ดว้ ยอัตราเร็ วคงที่ดงั นั้น นัน่ คือคลื่นเสี ยงจะแผ่จาก แหล่งกาเนิดไปในทุกทิศทุกทางด้วยอัตราเร็ วที่เท่ากัน • ดังพื้นผิวที่มีเฟสตรงกัน เรี ยกว่า หน้าคลื่น wave front ปรากฏการณ์ ดอปเพลอร์ ของเสี ยง (3) • ระยะระหว่างหน้าคลื่นที่อยูต่ ิดกันเท่ากับความยาวคลื่น (l ) • อัตราเร็ วของคลื่นเสี ยงเป็ น v ความถี่เป็ น ƒ และความยาวคลื่นเป็ นl • ดังนั้นถ้าผูส้ งั เกต(ผูฟ้ ัง)ที่อยูน่ ิ่ งจะได้ยนิ เสี ยงด้วยความถี่ƒ – (V0=0 ,Vf=0) • เมื่อผูส้ ังเกตเคลื่อนที่เข้าหาแหล่งกาเนิ ด อัตราเร็ วสัมพัทธ์(อัตราเร็ วของคลื่นเทียบกับ ผูส้ ังเกต)คือ v ’ = v + vo – โดยที่ความยาวคลืน่ จะไม่ มกี ารเปลีย่ นแปลง ปรากฏการณ์ ดอปเพลอร์ ของเสี ยง (4) • จาก V = fl เมือ ่ ความยาวคลืน ่ ไม่มก ี าร เปลีย ่ นแปลง • ผู้ฟังจะได้ ยินเสี ยงมีควำมถี่เป็ น ƒ ’ และจาก • นัน่ คือผูฟ้ ังจะได้ยนิ เสี ยงที่มีความถี่มากขึ้น ปรากฏการณ์ ดอปเพลอร์ ของเสี ยง (5) • ถ ้าผู ้ฟั งเคลือ ่ นทีอ ่ อกจากแหล่งกาเนิดทีอ ่ ยูน ่ งิ่ ั พัทธ์คอ • อัตราเร็วสม ื v ’ = v - vo • นัน่ คือผูฟ้ ังจะได้ยนิ เสี ยงที่มีความถี่นอ้ ยลง เป็ น ปรากฏการณ์ ดอปเพลอร์ ของเสี ยง (6) • พิจารณา แหล่ งกำเนิดคลืน่ เสียง เคลือ่ นที่ ในขณะที่ ผ้ ฟู ังอย่ นู ิ่ง • เมื่อแหล่งกาเนิดคลื่นเสี ยง เคลื่อนที่เข้าหาผูฟ้ ังความยาวคลื่น ที่ได้รับจะสั้นลง • เมื่อแหล่งกาเนิดคลื่นเสี ยง เคลื่อนที่ออกจากผูฟ้ ังความยาว คลื่นที่ได้รับจะมากขึ้น ในช่วงเวลา T แหล่งกาเนิดเคลื่อนที่ได้ระยะทาง VsT ปรากฏการณ์ ดอปเพลอร์ ของเสี ยง (7) • เมื่อแหล่งกาเนิดเสี ยงเคลื่อนที่เข้าหาผูฟ้ ัง – ในช่วงเวลาTแหล่งกาเนิ ดเสี ยงเคลื่อนที่ได้ระยะทางเป็ น VsT=Vs/f • ดังนั้นผูฟ้ ังจะได้รับความยาวคลื่น เป็ น เนือ ่ งจาก • ดังนั้น • นัน่ คือผูฟ้ ังจะได้ยนิ ด้วยความถี่ทมี่ ำกขึ้น ปรากฏการณ์ ดอปเพลอร์ ของเสี ยง (8) • เมื่อแหล่งกาเนิดเสี ยงเคลื่อนที่ออกจากผูฟ้ ัง – นัน่ คือผูฟ้ ังจะได้ยนิ ด้วยความถี่ที่น้อยลง • จะได้ความสัมพันธ์ของความถี่ที่ผฟู ้ ังได้รับ(จากการรวมสมการ)เมื่อ แหล่งกาเนิดและผูฟ้ ังต่างก็เคลื่อนที่เข้าหากัน ปรากฏการณ์ ดอปเพลอร์ ของเสี ยง (9) • สูตรรวมสาหรับการเคลื่อนที่ของแหล่งกาเนิดและผูส้ ังเกต (ผูฟ้ ัง)แบบต่าง ๆ v vo f f = v vs Doppler Effect ของคลื่นผิวน้ า • แหล่งกาเนิดคลื่นเคลื่อนที่ไปทางขวา • หน้าคลื่นทางด้านขวามือใกล้กนั มาก ขึ้น • หน้าคลื่นทางด้านซ้ายมือไกลกันมาก ขึ้น คลื่นกระแทก(Shock Wave) • อัตราเร็ วของแหล่งกาเนิ ดมากกว่า อัตราเร็ วของคลื่น • จาก กรวยของหน้ ำคลื่น ที่เกิดขึ้นจะ เห็นว่า sin q = v/vS – มุมนี้เรี ยกว่า มุมมัค (Mach angle) การทดลองเสมือนจริง เลขมัค(Mach Number) • อัตราส่ วน vs / v คือเลขมัค • ความสัมพันธ์ระหว่าง เลขมัค กับ มุมมัค คือ vt v sin q = = vs t v s คลื่นกระแทก(Shock Wave) • กรวยของหน้าคลื่นจะถูกผลิตขึ้นเมื่อ vs > v ซึ่ งก็คือ shock wave – คลื่นแบบนี้เรี ยกว่า supersonic • คลื่นกระแทก จะนาพลังงานไปด้วยซึ่ ง พลังงานจะอยูบ่ นพื้นผิวของโคน • เช่นเมื่อเครื่ องบินที่มี่ความเร็วเหนือเสี ยง บินผ่านตึกสามารถทาให้ตึกเสี ยหายได้จาก คลื่นกระแทก ที่เรี ยกว่า supersonic นัน่ เอง คลื่นกระแทก(Shock Wave) • การเคลื่อนที่ของเรื อเปรี ยบเทียบกับคลื่นกระแทก ี ง ความด ังของเสย • ความดังของเสี ยงสั มพันธ์ กบั แอมพลิจูดของคลืน่ เสี ยงมีหน่วยเป็ น (N/m2)เนื่องจากคลืน่ เสี ยงเป็ นคลืน่ ของความดันของอากาศซึ่ง เป็ นตัวกลาง • ในการพิจารณาเรื่องความดัง จะพิจารณาถึงแหล่งกาเนิดเสี ยงซึ่งตัวเลขที่ บอกถึงความดังคือ กำลังของแหล่ งกำเนิด ซึ่งหมายถึงพลังงานเสี ยงที่ แหล่งกาเนิดปล่อยออกมาใน 1s • แต่ จะได้ ยนิ เสี ยงดังมากหรือน้ อยก็ขนึ้ อยู่กบั ระยะระหว่ างเรากับ แหล่งกาเนิดด้ วย จึงพิจารณาถึง ความเข้ มเสี ยง(Sound Intensity,I) ความเข้มเสี ยง (SOUND INTENSITY,I) • ควำมเข้ ม (Intensity) คือพลังงานเสี ยงที่ตกบน 1 ตาราง พื้นที่ (ซึ่งตั้งฉากกับคลื่นเสี ยง) ในเวลา 1 วินาที สมมติ A ตารางเมตร, มีกาลังของเสี ยง P วัตต์ เพราะฉะนั้น 1 ตารางเมตร , มีกาลังของเสี ยง P/A วัตต์ เพราะฉะนั้น ความเข้มเสี ยง (SOUND INTENSITY,I) • แต่คลื่นเสี ยงกระจายออกมารเป็ นรู ปทรงกลม รอบแหล่งกาเนิดเสียง พื้นที่ผวิ ทรงกลม( ) – I = ความเข้มเสี ยง ณ จุดใด ๆ (วัตต์/ตารางเมตร) – P = กาลังของเสี ยงจากแหล่งกาเนิ ดเสี ยง(วัตต์) – r = ระยะห่างจากแหล่งกาเนิดเสี ยง(เมตร) ความเข้มเสี ยง (SOUND INTENSITY,I) • ขีดความสามารถในการได้ยนิ – ความเข้มของเสี ยงน้อยที่สุดที่ทาให้หูคนเริ่ มได้ยนิ (นามาใช้อา้ งอิง) – ความเข้มสู งสุ ดที่ทาให้คนฟั งได้ยนิ แล้วเริ่ มปวดแก้วหู • ความเข้มสัมพัทธ์(Relative Intensity) – ความเข้มใดๆเมื่อเทียบกับความเข้มต่าสุ ดที่คนเริ่ มได้ยนิ I Ir = I0 ความเข้มเสี ยง (SOUND INTENSITY,I) • ระดับควำมเข้ มเสียง ใช้สัญลักษณ์ คือสเกลที่นกั วิทยาศาสตร์สร้างขึ้น เพื่อบอกความดังของเสี ยงให้ใกล้เคียงกับความรู ้สึกของคนมากขึ้น • เนื่องจากความเข้มเสี ยงที่มนุษย์ได้ยนิ อยูใ่ นช่วงกว้างมากตั้งแต่ 10-12 -1 วัตต์/ตารางเมตร เพื่อความสะดวกจึงกาหนดความเข้มเสี ยงขึ้น ใหม่เป็ น ระดับควำมเข้ มเสียง – ระดับควำมเข้ มเสียง เป็ นการเปรี ยบเทียบความเข้มเสี ยง กับความเข้ม 10-12 วัตต์/ตารางเมตร และพิจารณาเป็ น log ฐานสิ บ ความเข้มเสี ยง (SOUND INTENSITY,I) • สู ตรระดับความเข้ มเสี ยง – ระดับความเข้ ม หน่ วยเป็ น เบล(Bel) I = log I0 I = 10 log I0 – ระดับความเข้ ม หน่ วยเป็ น เดซิเบล(dB) – คนธรรมดารับฟังเสี ยงได้ อย่ างน้ อยต้ องมีความเข้ ม 10-12 วัตต์ /ตาราง เมตร , มากทีส่ ุ ดมีความเข้ มไม่ เกิน 1 วัตต์ /ตารางเมตร – เทียบเป็ นระดับความเข้ ม, เมือ่ เสี ยงค่ อยทีส่ ุ ด ได้ 0 เดซิเบล – เทียบเป็ นระดับความเข้ ม, เมือ่ เสี ยงดังทีส่ ุ ด ได้ 120 เดซิเบล – ดังนั้น คนธรรมดาฟังเสี ยงได้ ในช่ วงระดับเสี ยงจาก 0 – 120 เดซิเบล หูและการได้ยนิ ของมนุษย์ • หูทาหน้ าที่เกี่ยวกับการได้ยิน และ การ ทรงตัว แบ่งออกเป็ น – หูส่วนนอก • (1) ใบหู (2) ช่องรูหู – หูส่วนกลาง • (3)เยื่อแก้วหู (4) กระดูกค้อน (5) กระดูกทัง่ (6)กระดูกโกลน (7) ท่อยูเทเชียน – หูส่วนใน • (8) กระดูกครึ่งวงกลม 3 ชิ้น (9) ประสาท เกี่ยวกับการทรงตัว (10)ประสาทเกี่ยวกับการ ได้ยิน (11)กระดูกรูปหอย (12)ส่วนคอ คุณภาพของเสี ยง • เปี ยนโน และ ไวโอลิน เล่นโน้ต Do พร้อมกัน (256 Hz) ผูฟ้ ัง จะบอกได้วา่ เป็ นเสี ยงดนตรี ชนิดใด เพราะ คุณภาพเสี ยงต่างกัน – ถามว่าต่างกันอย่างไร – (แนวคิด) คุณภาพเสี ยงต่างกัน • เพราะเสี ยงที่มีความถี่มูลฐานเท่ากัน แต่ จานวน Higher harmonic (ฮา โมนิกอื่น ๆ ที่มีความถี่สูงกว่าความถี่มูลฐาน) แตกต่างกัน • และ relative amplitude (แอมพลิจูดเปรี ยบเทียบ) ระหว่างเสี ยง ความถี่มูลฐาน กับ Higher harmonic ในแต่ละกรณี แตกต่างกัน คุณภาพของเสี ยง • ตัวอย่าง – เสี ยง Do จากเปี ยโน กับ ไวโอลิน มีความถี่เท่ากัน คือ 256 Hz ทาไม เราจึงฟังเสี ยงไม่เหมือนกัน – ตอบ • เพราะว่า เสี ยง Do จะมี ฮาร์มอนิกอื่น ๆ ปนออกมาด้วย แอมพลิจูดที่ไม่เท่ากัน แอมพลิจูด แอมพลิจูด เสียงโด เสียงโด เปี ยโน ไวโอลิน ความถี่ C C’ C’’ C’’’’ ความถี่ C C’ C’’ C’’’ C’’’’