คลื่น ฟิสิกส์ ม.5

ถ้าใครอ่านเรื่อง “เฟสของคลื่น” แล้วงงว่ามันคืออะไร ใช้ทำโจทย์ยังไง เราลองสรุปวิธีคิดแบบที่ช่วยให้ทำโจทย์ได้เร็วขึ้นนะ (เป็นแนวที่เราใช้ตอนทวนสอบ) 1) เฟสของคลื่นคือ “มุม” ที่บอกตำแหน่งบนกราฟคลื่นไซน์ เวลามองกราฟคลื่น ให้คิดว่ามันหมุนเป็นวงกลมได้ เฟสเลยวัดเป็นมุมได้ทั้ง “องศา” และ “เรเดียน” (ส่วนใหญ่สมการใช้เรเดียน) ตัวที่ชอบออกบ่อยคือ 0, π/2, π, 3π/2, 2π ซึ่งตรงกับตำแหน่ง ยอดคลื่น/ผ่านศูนย์/ท้องคลื่นตามลำดับ 2) เฟสตรงกัน vs เฟสตรงข้าม (จำจากส่วนต่างของเฟส) - เฟสตรงกัน: ส่วนต่างของเฟส = 2πn (n เป็นจำนวนเต็ม) แปลว่าอยู่ตำแหน่ง “รูปแบบเดียวกัน” เช่น ยอดกับยอด หรือท้องกับท้อง - เฟสตรงข้าม: ส่วนต่างของเฟส = (2n+1)π แปลว่าอีกจุดกลับเฟสไป 180° เช่น ยอดกับท้อง ทริกที่เราใช้คือ ถ้าส่วนต่างเป็น “เท่าของ π แบบคี่” ให้เดาว่าตรงข้าม ถ้าเป็น “เท่าของ 2π” ให้เดาว่าตรงกัน 3) สมการคลื่นที่ควรรู้ และอ่านตัวแปรให้เป็น รูปแบบที่เจอบ่อยคือ y(x,t)=A sin(kx−ωt+φ) (หรือเครื่องหมาย + แล้วแต่ทิศการเคลื่อนที่) - A คือแอมพลิจูด (ความสูงสุด) - k คือเลขคลื่น = 2π/λ - ω คือความถี่เชิงมุม = 2πf - φ คือเฟสเริ่มต้น สิ่งสำคัญคือ “เฟสของคลื่น” ณ จุด (x,t) คือ (kx−ωt+φ) นั่นเอง พอจับจุดนี้ได้ เวลาถามเรื่องเฟสตรงกัน/ตรงข้ามก็แค่เอาเฟสมาลบกัน 4) โจทย์แนว “ทำยังไงให้เร็ว” เวลาเทียบเฟสสองจุด ถ้าโจทย์ให้ 2 จุด x1 กับ x2 ที่เวลาเดียวกัน ส่วนต่างเฟส = k(x2−x1) = (2π/λ)Δx ดังนั้น - เฟสตรงกัน ⇒ (2π/λ)Δx = 2πn ⇒ Δx = nλ - เฟสตรงข้าม ⇒ (2π/λ)Δx = (2n+1)π ⇒ Δx = (2n+1)λ/2 อันนี้ช่วยมาก เพราะไม่ต้องแทนสมการยาว ๆ แค่ดูระยะห่างเป็นกี่เท่าของ λ 5) ถ้าโจทย์เทียบ “เวลา” ที่ตำแหน่งเดิม ส่วนต่างเฟส = ω(t2−t1) = 2πfΔt - เฟสตรงกัน ⇒ Δt = nT - เฟสตรงข้าม ⇒ Δt = (2n+1)T/2 โดย T=1/f 6) เช็กทิศทางคลื่นจากเครื่องหมายในสมการ - y=A sin(kx−ωt) เคลื่อนไปทาง +x - y=A sin(kx+ωt) เคลื่อนไปทาง −x เราใช้ทริกจำว่า “เครื่องหมายตรงข้ามกับทิศ” คือถ้าเป็น −ωt จะไปทิศ +x สรุปสุดท้าย: ถ้าจับได้ว่าเฟสคือมุม (kx±ωt+φ) และรู้เกณฑ์ 2π กับ π การทำโจทย์คลื่น ม.5 จะไวขึ้นมาก โดยเฉพาะข้อที่ถามเฟสตรงกัน/ตรงข้าม หรือระยะห่างระหว่างจุดบนคลื่น