สรุปเนื้อหาฟิสิกส์ ม.5 เรื่องคลื่นกล พร้อมแจกตัวอย่างข้อสอบ

สำหรับน้อง ๆ ชั้นม. 5 หนึ่งในเนื้อหาสำคัญของวิชาฟิสิกส์ ที่มักจะออกสอบแทบทุกปี คงจะไม่พ้นเรื่องของ "คลื่น" เพราะเป็นเสมือนพื้นฐานสำคัญสำหรับการเรียนรู้เนื้อหาอื่น ๆ ในวิชาฟิสิกส์ด้วย ใครที่กำลังอยากได้สรุปเนื้อหาวิชาฟิสิกส์ม.5 เรื่องคลื่น เพื่อนำไปทบทวนและสร้างความเข้าใจเพิ่มเติม พี่ ๆ ได้มาสรุปให้แล้วในบทความนี้ ลองไปดูกันว่าในวิชาฟิสิกส์ ม.5 ความสัมพันธ์เรื่องคลื่นกล มีอะไรบ้างที่ควรรู้ จะได้นำไปต่อยอดทั้งในการสอบกลางภาคหรือสอบเข้ามหาวิทยาลัยในอนาคตได้อย่างมั่นใจ

• คลื่นคืออะไร ?
• คลื่นมีกี่ประเภท ?
  • ตามลักษณะการเคลื่อนที่
  • ตามตัวกลางที่ส่งผ่าน
  • ลักษณะของการเกิดคลื่น
• คุณสมบัติพื้นฐานของคลื่น
  • การสะท้อน
  • การหักเห
  • การแทรกสอด
  • การเลี้ยวเบน
• ส่วนประกอบของคลื่น
• สูตรพื้นฐานเรื่องคลื่นที่ควรรู้
  • ความเร็วคลื่น
  • คาบคลื่น
  • ความถี่
• ตัวอย่างข้อสอบเรื่องคลื่น ฟิสิกส์ ม. 5

คลื่นคืออะไร ?

คลื่นคือการแพร่กระจายของพลังงานจากแหล่งกำเนิดไปยังบริเวณโดยรอบ โดยมีการสั่นหรือการรบกวนของตัวกลางที่ทำให้พลังงานถูกถ่ายทอดออกไป ซึ่งเป็นการถ่ายทอดพลังงานจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง โดยไม่จำเป็นต้องมีการเคลื่อนที่ของตัวกลางทั้งหมด แต่มีเพียงการสั่นหรือการรบกวนของตัวกลางเท่านั้น ทำให้พลังงานสามารถแพร่กระจายไปได้ไกลได้

คลื่นมีกี่ประเภท ?

คลื่นสามารถแบ่งตามลักษณะของการเคลื่อนที่และตัวกลางที่ส่งผ่าน ดังนี้

1. ตามลักษณะการเคลื่อนที่

• คลื่นตามขวาง (Transverse Wave) : อนุภาคของตัวกลางสั่นในแนวตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่น เช่น คลื่นในเส้นเชือก คลื่นน้ำ เมื่อมองจากด้านข้าง จะเห็นอนุภาคของตัวกลางเคลื่อนที่ขึ้นลง
• คลื่นตามยาว (Longitudinal Wave) : อนุภาคของตัวกลางสั่นไปในแนวเดียวกับทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่น เช่น คลื่นเสียง คลื่นในสปริง เมื่อมองจากด้านข้าง จะเห็นอนุภาคของตัวกลางเคลื่อนที่ไปข้างหน้าข้างหลัง

2. ตามตัวกลางที่ส่งผ่าน

• คลื่นกล (Mechanical Wave) : อาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ หากไม่มีตัวกลาง คลื่นก็จะไม่สามารถเดินทางได้ เช่น คลื่นน้ำ คลื่นเสียง
• คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Wave) : ไม่ต้องอาศัยตัวกลาง สามารถเคลื่อนที่ในสุญญากาศได้ เช่น คลื่นแสง คลื่นวิทยุ คลื่นไมโครเวฟ รังสีเอกซ์

3. ลักษณะของการเกิดคลื่น

• คลื่นดล (Pulse Wave) : เป็นคลื่นที่เกิดจากการรบกวนเพียงครั้งเดียว แล้วค่อย ๆ หายไป เช่น การโยนก้อนหินลงน้ำ จะเห็นคลื่นน้ำเกิดขึ้นแล้วค่อย ๆ จางหายไป
• คลื่นต่อเนื่อง (Continuous Wave) : เป็นคลื่นที่เกิดจากการรบกวนอย่างต่อเนื่อง เช่น คลื่นน้ำที่เกิดจากการสั่นของเรือ จะเห็นคลื่นน้ำเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง

คุณสมบัติพื้นฐานของคลื่น

คลื่นมีคุณสมบัติพื้นฐาน 4 ประการ ดังนี้

1. การสะท้อน (Reflection)

เมื่อคลื่นเคลื่อนที่ไปกระทบกับตัวกลางที่มีความหนาแน่นต่างกัน ส่วนหนึ่งของพลังงานคลื่นจะสะท้อนกลับไปยังแหล่งกำเนิด มุมสะท้อนจะเท่ากับมุมตกกระทบเสมอ ตัวอย่างเช่น การสะท้อนของคลื่นน้ำบนผนังเขื่อน

2. การหักเห (Refraction)

เมื่อคลื่นเคลื่อนที่ไปกระทบกับตัวกลางที่มีความหนาแน่นต่างกัน คลื่นจะหักเห เปลี่ยนความเร็ว เปลี่ยนความยาวคลื่น หรือเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ มุมหักเหจะขึ้นอยู่กับความเร็วคลื่นในตัวกลางทั้งสอง ตัวอย่างเช่น การหักเหของแสงแดดเมื่อผ่านชั้นบรรยากาศโลก

3. การแทรกสอด (Interference)

เมื่อคลื่นสองคลื่นหรือมากกว่า เคลื่อนที่มาบรรจบกัน พลังงานคลื่นจะรวมกันหรือหักล้างกัน ขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ของเฟสระหว่างคลื่นทั้งสอง ตัวอย่างเช่น การเกิดรอยบนผิวน้ำเมื่อโยนหินลงไป

4. การเลี้ยวเบน (Diffraction)

เมื่อคลื่นเคลื่อนที่ผ่านช่องแคบหรืออุปสรรคที่มีขนาดเล็ก คลื่นจะเลี้ยวเบน หรือแผ่กระจายออกไปรอบ ๆ อุปสรรค ตัวอย่างเช่น การเกิดแถบสว่างและแถบมืดบนหน้าจอเมื่อฉายแสงผ่านรูเข็ม

ส่วนประกอบของคลื่น

คลื่นประกอบด้วยองค์ประกอบหลายส่วนที่สำคัญ ซึ่งแต่ละส่วนต่างกันดังนี้

• สันคลื่น (Crest) : จุดสูงสุดของคลื่น ซึ่งเป็นตำแหน่งที่ตัวกลางของคลื่นเคลื่อนที่ออกห่างจากระนาบสมดุลมากที่สุด เช่น ยอดคลื่นน้ำ
• ท้องคลื่น (Trough) : จุดต่ำสุดของคลื่น ซึ่งเป็นตำแหน่งที่ตัวกลางของคลื่นเคลื่อนที่เข้าใกล้ระนาบสมดุลมากที่สุด เช่น ร่องลึกของคลื่นน้ำ
• แอมพลิจูด (Amplitude) : ระยะห่างในแนวตั้งฉากระหว่างสันคลื่นหรือท้องคลื่นกับระนาบสมดุล แอมพลิจูดบอกถึงความสูงสุดของคลื่น ยิ่งแอมพลิจูดมาก คลื่นก็จะยิ่งสูงหรือลึก
• ความยาวคลื่น (Wavelength) : ระยะห่างระหว่างสันคลื่นติดกันสองลูก หรือระยะที่คลื่นเคลื่อนที่ในหนึ่งรอบ ความยาวคลื่นบอกถึงขนาดของคลื่น
• ความถี่ (Frequency) : จำนวนรอบของคลื่นที่ผ่านจุดหนึ่งในหนึ่งหน่วยเวลา มีหน่วยเป็นเฮิรตซ์ (Hz) ความถี่บอกถึงการสั่นหรือการเกิดซ้ำของคลื่น
• คาบ (Period) : ช่วงเวลาที่ใช้ในการเกิดคลื่นหนึ่งรอบเต็ม มีหน่วยเป็นวินาที คาบเป็นส่วนกลับของความถี่

สูตรพื้นฐานฟิสิกส์ม.5 เรื่องคลื่นกลที่ควรรู้

1. ความเร็วคลื่น

• v = fλ
  • v = ความเร็วคลื่น (หน่วย: เมตรต่อวินาที, m/s)
  • f = ความถี่ (หน่วย: เฮิรตซ์, Hz)
  • λ = ความยาวคลื่น (หน่วย: เมตร, m)

2. คาบคลื่น

• T = 1/f
  • T = คาบคลื่น (หน่วย: วินาที, s)
  • f = ความถี่ (หน่วย: เฮิรตซ์, Hz)

3. ความถี่

• f = 1/T
  • f = ความถี่ (หน่วย: เฮิรตซ์, Hz)
  • T = คาบคลื่น (หน่วย: วินาที, s)

ตัวอย่างข้อสอบเรื่องคลื่น ฟิสิกส์ ม. 5

1. คลื่นน้ำมีความยาวคลื่น 0.5 เมตร เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 2 เมตรต่อวินาที หาความถี่ของคลื่น

2. คลื่นชนิดใดต่อไปนี้สามารถเคลื่อนที่ในสุญญากาศได้

•  (ก) คลื่นน้ำ (ข) คลื่นเสียง (ค) คลื่นแสง (ง) คลื่นวิทยุ (จ) คลื่นไมโครเวฟ
•  วิธีการทำ:

1. พิจารณาคุณสมบัติของคลื่นแต่ละชนิด

2. คลื่นที่สามารถเคลื่อนที่ในสุญญากาศได้คือ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คลื่นแสง คลื่นวิทยุ คลื่นไมโครเวฟ

เฉลย: (ค) คลื่นแสง, (ง) คลื่นวิทยุ, (จ) คลื่นไมโครเวฟ

3. คลื่นน้ำมีความยาวคลื่น 1 เมตร เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 4 เมตรต่อวินาที หาคาบของคลื่น

•  (ก) 0.25 วินาที (ข) 0.5 วินาที (ค) 1 วินาที(ง) 2 วินาที (จ) 4 วินาที
•  วิธีการทำ:
1. แทนค่าความยาวคลื่น (λ) = 1 เมตร และความเร็วคลื่น (v) = 4 เมตรต่อวินาที ลงในสูตร v = fλ
2. แก้สมการหา f = v/λ = 4 เมตรต่อวินาที / 1 เมตร = 4 เฮิรตซ์
3. แทนค่าความถี่ (f) = 4 เฮิรตซ์ ลงในสูตร T = 1/f
4. T = 1/f = 1/4 เฮิรตซ์ = 0.25 วินาที

เฉลย: (ก) 0.25 วินาที



ในวิชาฟิสิกส์ ม.5 เรื่องคลื่นกล มักเป็นเนื้อหาที่ออกสอบเป็นประจำ ดังนั้น จึงควรอ่านทบทวน ท่องสูตร และทำความเข้าใจเรื่องคลื่นอย่างถูกต้อง ก็จะช่วยให้การสอบผ่านได้ไม่ยาก

อยากทำข้อสอบให้ได้คะแนนดีอย่างที่คาดหวัง เลือกคอร์สฟิสิกส์ ม. 5 ที่เน้นเรื่องคลื่น จาก Applied Physics ได้เลย ในคอร์สฟิสิกส์ AP13 คลื่น นี้สรุปเนื้อหาของคลื่นเอาไว้อย่างครบถ้วน เข้าใจง่าย ตั้งแต่เรื่องเฟสของคลื่น คุณสมบัติ ไปจนถึงเรื่องการคำนวณเฟสของคลื่น ช่วยให้ทำคะแนนในวิชาเรียนได้ดีขึ้น พร้อมกับได้ปูพื้นฐานให้แน่นสู่การสอบเข้ามหาวิทยาลัยในอนาคต