วันพุธที่ 29 สิงหาคม พ.ศ. 2555

คลื่นแสง

การแทรกสอดของแสงผ่านสลิตคู่  

โธมัส ยัง (Thomas Young) ได้ทำการทดลองปรากฏการณ์แทรกสอดของแสง โดยใช้อุปกรณ์ดังแสดงในรูป
เมื่อให้แสงสีเดียวผ่านช่องแคบ S0 แล้วเลี้ยวเบนตกลงบนช่องแคบ Sและ S2    ช่องแคบ S1 และ S2 จะทำหน้าที่เสมือนแหล่งกำเนิดคลื่นอาพันธ์ ในการทดลองใช้แผ่นสลิตคู่ ( Double slits )  เมื่อคลื่นแสงทั้งสองเดินทางไปพบกันจะทำให้เกิดการแทรกสอดกัน ในลักษณะทั้งเสริมทั้งหักล้างกันบนฉาก ทำให้ปรากฏเป็นแถบมืดและแถบสว่างปรากฏบนฉาก




แถบสว่างถึงแถบสว่างที่อยู่ติดกัน หรือมืดถึงมืดที่อยู่ติดกัน   ในการแทรกสอดของแสง จะมีระยะห่างกันคงที่  เราหาระยะห่างแบบนี้ได้จาก
การเลี้ยวเบนของแสงผ่านสลิตเดี่ยว

การเลี้ยวเบนของแสงเกิดขึ้นได้ เมื่อแสงจากแหล่งกำเนิดแสงอาพันธ์เดินทางผ่านช่องแคบที่มีขนาดเล็กใกล้เคียงกับความยาวคลื่นแสง
ทุกๆจุดบน ช่องเดี่ยว(single slit) จะทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดแสงใหม่ ตามหลักของฮอยเกน แสงจากแหล่งกำเนิดแสงใหม่จะเกิดการซ้อนทับกันบนฉาก ทำให้เราเห็นเป็นแถบมืดและแถบสว่าง


ระยะของแถบสว่างตรงกลางจะมีความกว้างมากที่สุด มีความสว่างมากที่สุด(เขียนรูปเปรียบเทียบจะมีค่าความเข้มแสงมากที่สุด)  จากรูปด้านล่างจะเห็นว่าจากกึ่งกลางแถบสว่างตรงกลางไปยังแถบมืดแรกถ้ากำหนดให้ห่าง X  เมื่อวัดจากสว่างกลางไปยังแถบสว่างแรกถัดจากกลาง จะมีระยะห่าง 1.5X   ดังนั้นเมื่อวัดความกว้างของแถบสว่างกลางที่กว้างที่สุด(จากมืด N1 ไปถึง N1 ทั้ง 2 ข้าง) จะมีระยะเท่ากับ 2X


การคำนวณการเลี้ยวเบนของแสงผ่านสลิตเดี่ยว





รูปเปรียบเทียบภาพบนฉาก จากแสงผ่านสลิตคู่ และสลิตเดี่ยว


 เกรตติ้ง

เกรตติ้ง คือ อุปกรณ์ที่ใช้ในการตรวจสอบสเปคตรัมของแสงโดยอาศัย คุณสมบัติการแทรกสอดของคลื่น   ลักษณะของเกรตติ้ง จะเป็นแผ่นวัสดุบางที่ถูกแบ่งออกเป็นช่องขนานซึ่งอยู่ชิดกันมาก  โดยทั่วไปใน 1 เซนติเมตร แบ่งออกเป็น 4,000 - 10,000 ช่อง  ในการทดลอง ถ้าเราให้แสงจากดวงอาทิตย์หรือแสงขาวจากหลอดไฟส่องผ่านเกรตติ้ง เราจะเห็นสเปรคตรัมของแสงอาทิตยหรือแสงขาว แยกออกเป็น 7 สี



รูปแสดงการฉายแสงขาวผ่านเกรตติ้ง แล้เกิดการแทรกสอดบนฉากเป็นชุดสเปกตรัม

เนื่องจากช่องเกรตติ้งมีขนานเล็ก และอยู่ชิดกันมากจึงทำให้แสงที่ออกจากช่องของเกรตติ้งเป็นรังสีขนาน เมื่อแสงดังกล่าวไปพบกัน จะเกิดการแทรกสอดกันเหมือนช่องแคบคู่ และทุก ๆ คู่ จะให้เงื่อนไขการแทรกสอดเหมือนกันหมด เราจึงพิจารณาเงื่อนไขการแทรกสอดของเกรดติ้ง จากการแทรกสอดผ่านช่องแคบคู่เพียงคู่เดียว

รูปแสดงแสงผ่านเกรติ้งซึ่งเป็นช่องขนานจำนวนมาก จะแทรกสอดเหมือนสลิตคู่

ผลการแทรกสอดของแสงหลังแสงผ่านเกรตติ้ง มี 2 แบบ คือ
1. เมื่อให้แสงสีเดียวผ่านเกรตติ้ง   จะเกิดการแทรกสอดเกิดแถบสว่างและแถบมืด เหมือนกับแสงผ่านสลิตคู่   การคำนวณเหมือนแทรกสอดผ่านสลิตคู่ จากรูปเป็นการฉายแสงเลเซอร์ผ่านเกรตติ้ง 



รูป การฉายแสงสีเดียวผ่านเกรตติ้ง แล้วแทรกสอดบนฉาก
สมการคำนวณการแทรกสอด

2. เมื่อให้แสงขาวผ่านเกรตติ้ง จะเกิดการแทรกสอดเกิดแถบสว่าง(แสงขาวตรงกลาง)  และเกิดชุดสเปกตรัม โดยแต่ละชุดจะเริ่มจากแสงสีม่วงไปจนถึงแสงสีแดง ดังแสดงในรูป



รูปชุดสเปกตรัมบนฉาก เมื่อฉายแสงขาวผ่านเกรตติ้ง

ในกรณีที่ฉายแสงที่ไม่ช่แสงขาว แต่เป็นแสงที่เป็นแสงสีผสมเช่น ฉายแสงสีแดงม่วง ผ่านเกรตติ้ง จะเกิดการแทรกสอด เป็นชุดสเปกตรัมเพียง 2 สี คือ สีม่วง และสีแดง  แถบกลางเป็นแถบสว่างสีแดง ม่วง เหมือนกับแสงที่ฉายเข้ามา ดังรูป

รูป การแยกสเปกตรัมเป็นสีม่วงกับสีแดง ข้างละ 2 ชุด

ถ้าฉายแสงสีน้ำเงินเขียว  ผ่านเกรตติ้ง จะเกิดแถบแทรกสอดบนฉากเป็นอย่างไร  

สมการและการคำนวณเมื่อฉายแสงขาวผ่านเกรตติ้ง

1. เมื่อฉายแสงสีเดียวผ่านเกรตติ้ง


2. เมื่อฉายแสงขาวผ่านเกรตติ้ง


คลื่นเสียง


 เสียงมีสมบัติของคลื่นครบทั้ง 4 ประการ

           คือ สะท้อน หักเห แทรกสอด และเลี้ยวเบน ดังนี้
          1 เสียงสะท้อน
           การสะท้อนของเสียง
 คือ  เสียงจากแหล่งกำเนิดเสียง
           ตกกระทบวัตถุแล้วสะท้อนกลับมาที่เดิม
    
           เสียงสะท้อนกลับ คือเสียงที่สะท้อนกลับมาสู่หู
    
      ช้ากว่าเสียงที่ตะโกนออกไปเกิน วินาทีหูจึงจะสามารถ
          แยกเสียงที่ตะโกนกับเสียงสะท้อนกลับมาได้           
          
           การสะท้อนของคลื่นจะเกิดขึ้นได้ีเมื่อวัตถุหรือสิ่งกีด
          ขวาง มีขนาดโตกว่าความยาวคลื่นที่ตกกระทบ

           2 การหักเหของเสียง 
           เสียงเคลื่อนที่จากตัวกลางหนึ่งผ่านไปยังอีกตัวกลาง
           จะเกิดการหักเหเช่นเดียวกับคลื่นผิวน้ำเช่นเห็นฟ้าแลบ
          โดยไม่ได้ยินเสียงฟ้าร้องเนื่องจากคลื่นเสียงเคลื่อนท
ี่          ผ่านอากาศร้อนได้เร็วกว่าอากาศเย็นอัตราเร็วของเสียง
          จึงน้อยกว่าบริเวณใกล้ผิวโลก

           3 การแทรกสอดของเสียง เสียงมีคุณสมบัติสามารถ
           แทรกสอดกันได้เมื่อฟังเสียงบริเวณที่มีการแทรกสอด
           กันจะได้ยินเสียงดังค่อยต่างกันซึ่งจะได้ศึกษาต่อไป

           4 การเลี้ยวเบนของเสียง
            เสียงสามารถเคลื่อนที่อ้อมสิ่งกีดขวางไปด้านหลังของ
            สิ่งกีดขวางได้ เช่นเดียวกับ คลื่นผิวน้ำ ซึ่งจะพบเห็นใน
            ชีวิตประจำวันอยู่เสมอ

วันอังคารที่ 7 สิงหาคม พ.ศ. 2555

การถ่ายเทความร้อน



http://www.thaigoodview.com/node/42080
การถ่ายเทความร้อน
 การถ่ายเทความร้อน (Heat Transfer) จากวุตถุหนึ่งซึ่งร้อนกว่าไปยังวัตถุหนึ่งซึ่งเย็นกว่า หรือจากส่วนของวัตถุที่ร้อนกว่าไปสู่ส่วนของวัตถุที่เย็นกว่า หรือจากที่มีอุณหภูมิสูงไปสู่ที่ต่ำ จะมีการถ่ายเทความร้อนได้ 3 วิธีด้วยกัน
1.     การถ่ายเทความร้อนโดยการนำ (conduction) เป็นการถ่ายเทความร้อนจากที่มีอุณหภูมิสูงไปสู่อุณหภูมิต่ำ โดยความร้อนเคลื่อนที่ไปตามเนื้อวัตถุ แต่เนื้อวัตถุที่เป็นตัวกลางไม่ได้เคลื่อนที่แต่ใด เช่น เมื่อเผาปลายข้างหนึ่งของแท่งโลหะที่ปลายข้างนั้นจะสั่นสะเทือนหรือเคลื่อน ที่ได้เร็วขึ้น โมเลกุลของโลหะที่ปลายข้างนั้นจะสั่นสะเทือนหรือเคลื่อนที่ได้เร็วขึ้น โมเลกุลนี้จะไปชนกับโมเลกุลที่อยู่เคียงอื่นๆ ทำให้โมเลกุลข้างเคียงสั่นสะเทือนหรือเคลื่อนที่เร็วขึ้นด้วย เป็นลักษณะเช่นนี้ต่อเนื่องกันไป โดยวิธีนี้ความร้อนสามารถถูกส่งไปยังอีกปลายข้างหนึ่งได้ 
                       สารต่างๆจะมีความสามรถในการนำความร้อนได้ดีและเร็วไม่เท่ากัน สารที่สามารถนำความร้อนได้ดีและเร็วไม่เท่ากัน สารที่สามารถนำความร้อนได้ดีและเร็ว เรียกว่า ตัวนำความร้อน ได้แก่ พวกโลหะต่างๆเช่น เงิน( เป็นตัวนำความร้อนที่ดีที่สุด) ทองแดง อะลูมิเนียม เหล็ก ส่วนสารที่นำความร้อนไม่ดีหรือช้า เรียกว่า ฉนวนความร้อน ได้แก่ พวกอโลหะต่างๆ เช่น  กระเบื้อง  แก้ว ไม้ อากาศ และในจำนวนสารทั้ง 23 สถานะ คือ ของแข็ง ของหลว และ ก๊าซ ก๊าซจะเป็นตัวนำความร้อนที่ไม่ดีที่สุด
2.     การถ่ายเทความร้อนโดยการพา (convection)เป็น การถ่ายเทความรักจากที่มีอุณภูมิสูงไปสู่ที่มีอุณหภูมิต่ำ โดยมีวัตถุหรือตัวกลางที่ได้รับความร้อนเป็นตัวพาเอาความร้อนนั้นไป การพาความร้อนจะเกิดได้เฉพาะวัตถุพวกของเหลวและก๊าซเท่านั้นพวกของแข็งจะไม่ เกิดการพาความร้อน
               เช่น กาต้มน้ำ น้ำตอนล่างที่อยู่ใกล้กับเตาไฟได้รับความร้อนแล้วขยายตัวจึงมีความหนาแน่น น้อย จะลอยขึ้นตอนบน ส่วนที่เย็นซึ่งหนักกว่าจะจมลงมาแทนที่ ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของน้ำเป็นกระแสวนเวียนจนทั่วทั้งกา น้ำจึงร้อนทั่วถึงทั่งหมด
                 เมื่อเราเอามือไปอังไอน้ำที่พ่นออกมาจากกาต้มน้ำ เราจะรู้สึกร้อน เพราะว่าความร้อนจากน้ำในกาได้ติดมากับไอน้ำ เมื่อกระทบมือ เราจึงรู้สึกร้อน
                ลมช่วยพาความร้อนออกจากร่างกายเรา ทำให้เราร้อนน้อยลงหรือเย็น
                 การใช้น้ำไหลวนเวียนในเครื่องยนต์ เพื่อพาความร้อนจากเครื่องยนต์ออกมาที่หม้อน้ำแล้วใช้พัดลมช่วยพาความร้อน ออกไปอีกครั้ง
3.     การแผ่รังสีความร้อน (radiation) เป็นการถ่ายเทความร้อนจากที่มีอุณหภูมิสูงไปสู่ที่มีอุณหภูมิต่ำ โดยไม่ต้องอาศัยตัวกลางและในการเคลื่อนที่ผ่านไปนั้นจะไม่ทำให้วัตถุตัวกลาง ที่มีความร้อนผ่านไปร้อนขึ้นด้วย
      เช่น เอามือไปอังข้างเตารีด เราจะรู้สึกว่าร้อน ความร้อนไม่ได้เกิดจากการนำความร้อน เพราะว่าอากาศเป็นตัวนำความร้อนที่ไม่ดี และก็ไม่ได้เกิดจากการพาความร้อนเพราะว่าอากาศร้อนจะลอยสูงขึ้นในแนวดิ่ง แต่ความร้อนที่เราได้รับนี้เกิดจากการแผ่รังสีความร้อน
 

สว่นประกอบของคลื่น


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 Cหรือจากจุด D ถึง Dลักษณะที่เหมือนกัน 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

คลื่นกล


http://kruweerajit1.blogspot.com/


คลื่นกล

คลื่นกล (Mechanical Wave )

คลื่นกล คือการถ่ายโอนพลังงานจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง โดยการเคลือนที่ไปของคลื่นต้องมีโมเลกุลหรืออนุภาคตัวกลางเป็นตัวถ่ายโอนพลังงานจึงจะทำให้คลื่นแผ่ออกไปได้  ดังนั้นคลื่นกลจะเดินทางและส่งผ่านพลังงานโดยไม่ทำให้เกิดการเคลื่อนตำแหน่งอย่างถาวรของอนุภาคตัวกลาง เพราะตัวกลางไม่ได้เคลื่อนที่แต่จะสั่นไปมารอบจุดสมดุล  ต่างจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เดินทางโดยไม่ต้องอาศัยตัวกลาง

คำว่าคลื่นตามคำจำกัดความ หมายถึง การรบกวน (disturbance) สภาวะสมดุลทางฟิสิกส์ และการรบกวนนั้นจะเคลื่อนที่จากจุดหนึ่งออกไปยังอีกจุดหนึ่งได้ตามเวลาที่ผ่านไป  ในบทนี้จะกล่าวถึงกฎเกณฑ์ต่างๆ ของคลื่นในทางฟิสิกส์