เฉลยโจทย์ คลื่นเสียง

ธรรมชาติของเสียง

1.สุญญากาศ

2.ครึ่งนึงของความยาวคลื่น

3.ความดัง

อัตราเร็วของเสียง

1.

2.

3.

ความเข้มเสียง

1.

2.

3.

การสะท้อน

1.

2.

3.

การหักเห

1.

2.

การแทรกสอด

1.

2.

3.

ปรากฎการณ์เกี่ยวกับคลื่นเสียง

1.

2.

3.

4.

โจทย์ คลื่นเสียง

ธรรมชาติของคลื่นเสียง

1.คลื่นเสียงจะไม่ผ่านสิ่งใด

2.ตำแหน่งที่เป็นส่วนอัดกับส่วนขยายในคลื่นเสียง อยู่ห่างกันเท่าใด

3.แอมปลิจูดของเสียง จะเป็นตัวแสดงถึงอะไร 

อัตราเร็วของเสียง

1.

2.

3.

ความเข้มเสียง

1.

2.

3.

การสะท้อน

1.

2.

3.

การหักเห

1.

2.

การแทรกสอด

1.

2.

3.

ปรากฎการณ์ต่างๆเกี่ยวกับคลื่นเสียง

1.

2.

3.

4.

ปรากฏการณ์ต่างๆในเรื่องเสียง

1.ปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ (Doppler effect)

        เป็นปรากฏการณ์ที่ผู้ฟังได้ยินเสียงที่มีความถี่เปลี่ยนไปจากความถี่จริงของต้นกำเนิดเสียง เนื่องจากผู้ฟัง หรือแหล่งกำเนิดเสียงเคลื่อนที่สัมพันธ์ต่อกัน โดยมีสูตรหาความถี่ที่ผู้ฟังได้ยินคือ

โดยกำหนดเครื่องหมาย ดังนี้

2. ปรากฏการณ์คลื่นกระแทก (Shock Wave)

คลื่นกระแทก  คือ ปรากฏการณ์ที่หน้าคลื่นเคลื่อนที่มาเสริมกันในลักษณะที่เป็นหน้าคลื่นวงกลมซ้อนเรียงกันไป โดยที่มีแนวหน้าคลื่นที่มาเสริมกันมีลักษณะเป็นรูปกรวยอันเนื่องมาจากแหล่งกำเนิดคลื่นเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่มากกว่าความเร็วของคลื่นในตัวกลาง( V_s>V ) เช่น คลื่นกระแทกของคลื่นที่ผิวน้ำขณะที่เรือกำลังวิ่ง หรือคลื่นเสียงก็เกิดขึ้นเมื่อเครื่องบินบินเร็วกว่าอัตราเร็วของเสียงในอากาศ

เลขมัค

ตัวเลขที่บอกให้เราทราบว่า อัตราเร็วของแหล่งกำเนิดคลื่น  มีค่าเป็นกี่เท่าของอัตราเร็วของคลื่นในตัวกลาง

สูตรการคำนวณเมื่อเกิดคลื่นกระแทก

โดย u= อัตราเร็วเสียงในตัวกลาง

      V= อัตราเร็วของแหล่งกำเนิดเสียง

      θ= มุมหน้าคลื่นกระแทก ทำมุมกับทิศการเคลื่อนที่ของแหล่งกำเนิดเสียง

      m= เลขมัค

การเลี้ยวเบนของคลื่นเสียง

การเลี้ยวเบนจากช่องเดี่ยว มีเงื่อนไขการเกิดบัพ หรือ เสียงค่อย คือ

 โดย  (n=1,2,3,…)

การแทรกสอดของเสียง

สำหรับคลื่นเสียงจะแบ่งเป็นสามส่วน ดังนี้

.การแทรกสอดจากแหล่งกำเนิดอาพันธ์ (Coherent Source)

        ตำแหน่งที่แทรกสอดแบบเสริมกัน จะเป็นตำแหน่งปฏิบัพ จะได้ยินเสียงดังที่สุด และตำแหน่งที่แทรกสอดแบบหักล้างกัน จะเป็นตำแหน่งบัพ จะได้ยินเสียงเบที่สุดหรือไม่ได้ยินเลยก็ได้

Credit: ideal physic

จากรูป ตำแหน่งตรงกลางเป็นแนวปฏิบัพ จึงสรุปสูตรได้ว่า

   เมื่อ P เป็นปฏิบัพ

    เมื่อ P เป็นบัพ

คลื่นนิ่งของเสียง

        เกิดจากคลื่นสองขบวนมีความถี่เท่ากัน มารวมกับแบบเสริมและแบบหักล้างกัน ดังรูป

Credit: ideal physic

** เสียงดัง เป็นปฏิบัพของความดันแต่เป็นบัพของการกระจัด

    เสียงค่อย เป็นบัพของความดันแต่เป็นปฏิบัพของการกระจัด

2. ปรากฏการณ์บีตส์ (Beat)

เป็นปรากฎการณ์จากการแทรกสอดของคลื่นเสียง  2  ขบวน   ที่มีความถี่แตกต่างกันเล็กน้อย  และเคลื่อนที่อยู่ในแนวเดียวกันเกิดการรวมคลื่นเป็นคลื่นเดียวกัน  ทำให้แอมพลิจูดเปลี่ยนไป  เป็นผลทำให้เกิดเสียงดังเสียงค่อยสลับกันไปด้วยความถี่ค่าหนึ่ง

Credit: www.physics.science.cmu.ac.th

สรุป จากการรวมกันของคลื่นซึ่งมีความถี่ต่างกัน ได้ว่า

1.จังหวะของเสียงที่ได้ยินคือ ค่าความถี่บีตส์      

2.ความถี่ของเสียงที่ได้ยิน                             

   

3.ปรากฏการณ์การสั่นพ้อง (Resonance)

        เมื่อเสียงที่ออกจากแหล่งกำเนิดตรงกับความที่ธรรมชาติของการสั่นของอนุภาคอากาศพอดี อนุภาคของอากาศจะสั่นแรงสุด และได้ยินเสียงดังที่สุด ปรากฏการณืนี้เรียกว่า การสั่นพ้องของเสียง หรือ การกำทอน หรือ อภินาท หรือ เรโซแนนซ์

หลอดปลายเปิด เป็นหลอดปลายเปิดทั้งสองข้าง

Credit: www.sa.ac.th

สรุปได้ว่า ความถี่ที่ทำให้เกิดการกำทอนของหลอดปลายเปิดมีได้ทุกฮาโมนิค จึงได้สมการออกมาว่า

หลอดปลายปิด เปิดหลอดปิดหนึ่งข้าง เปิดหนึ่งข้าง

Credit: www.sa.ac.th

สรุปได้ว่า ความถี่ที่ทำให้เกิดการกำทอนของหลอดปลายปิด มีได้เฉพาะฮาโมนิคที่เป็นเลขคี่ จึงได้สมการออกมาว่า