Longitudinal wave มีอะไรบ้าง

ลึกกว่าผิวน้ำ: สำรวจโลกแห่งคลื่นตามยาว (Longitudinal Wave) และตัวอย่างที่ซ่อนเร้น

เราคุ้นเคยกับคลื่นน้ำที่เห็นได้ชัดเจน คลื่นที่พัดพาเรือเล็กๆ ไหวไหว แต่โลกแห่งคลื่นนั้นกว้างใหญ่กว่าที่ตาเราจะเห็น หนึ่งในนั้นคือ “คลื่นตามยาว” หรือ Longitudinal Wave ซึ่งแตกต่างจากคลื่นตามขวาง (Transverse Wave) อย่างสิ้นเชิง เพราะอนุภาคในตัวกลางเคลื่อนที่ไปมา ขนาน กับทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่น ไม่ใช่ตั้งฉากเหมือนคลื่นน้ำ

บทความนี้จะพาผู้อ่านไปสำรวจโลกที่ซ่อนเร้นของคลื่นตามยาว โดยจะเน้นไปที่ตัวอย่างที่หลากหลาย บางอย่างเป็นที่รู้จักดี บางอย่างอาจแปลกใหม่ และที่สำคัญ จะอธิบายถึงปัจจัยที่ส่งผลต่อความเร็วของคลื่นเหล่านี้ ซึ่งไม่ใช่เพียงแค่ “ความเร็ว” แต่เป็นการสะท้อนถึงคุณสมบัติทางกายภาพของตัวกลางที่คลื่นเดินทางผ่าน

ตัวอย่างที่น่าสนใจของคลื่นตามยาว:

• คลื่นเสียง (Sound Waves): นี่คือตัวอย่างที่คุ้นเคยที่สุด เสียงเกิดจากการสั่นสะเทือนของอนุภาคอากาศ ทำให้เกิดการอัดและขยายตัวเป็นจังหวะ ส่งผ่านเป็นคลื่นตามยาวไปยังหูของเรา ความถี่ของการสั่นสะเทือนนี้กำหนดระดับเสียงสูงต่ำ ในขณะที่ความกว้างของคลื่นกำหนดความดังของเสียง ลองนึกภาพลำโพงที่สั่นสะเทือน อากาศรอบๆ ก็จะอัดและขยายตัวตาม นั่นแหละคือคลื่นเสียง นอกจากอากาศแล้ว คลื่นเสียงยังเดินทางผ่านของแข็งและของเหลวได้เช่นกัน แต่ความเร็วจะแตกต่างกันไปตามคุณสมบัติของตัวกลาง

• คลื่นแผ่นดินไหวแบบ P-wave (Primary wave): คลื่นแผ่นดินไหวชนิดนี้เป็นคลื่นตามยาวที่เคลื่อนที่ผ่านโลกด้วยความเร็วสูง เกิดจากการเคลื่อนที่และการชนกันของแผ่นเปลือกโลก P-wave เป็นคลื่นอัดตัว ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความดันในหินและดิน ความเร็วของ P-wave สูงกว่าคลื่นแผ่นดินไหวแบบ S-wave (Secondary wave) ซึ่งเป็นคลื่นตามขวาง ทำให้เราสามารถตรวจจับ P-wave ได้ก่อน และใช้ข้อมูลนี้ในการเตือนภัยแผ่นดินไหวล่วงหน้า

• คลื่นในสปริง: ลองจินตนาการถึงสปริงที่เราบีบอัดหรือดึงออก แล้วปล่อย จะเห็นการเคลื่อนที่ของขดลวดสปริงไปมาในแนวเดียวกับทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่น นี่คือคลื่นตามยาวอย่างชัดเจน ความเร็วของคลื่นในสปริงขึ้นอยู่กับความแข็งแรงของสปริงและมวลของสปริงเอง

• คลื่นอัลตราโซนิก (Ultrasonic waves): คลื่นความถี่สูงที่ใช้ในทางการแพทย์ เช่น การตรวจอัลตราซาวนด์ ก็เป็นคลื่นตามยาว คลื่นเหล่านี้เดินทางผ่านเนื้อเยื่อในร่างกาย และสะท้อนกลับมา ทำให้เราสามารถสร้างภาพของอวัยวะภายในได้

ปัจจัยที่ส่งผลต่อความเร็วของคลื่นตามยาว:

ความเร็วของคลื่นตามยาวขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางกายภาพของตัวกลาง โดยทั่วไป คลื่นตามยาวจะเคลื่อนที่ได้เร็วในตัวกลางที่มี:

• ความยืดหยุ่นสูง: ตัวกลางที่มีความยืดหยุ่นสูงจะสามารถคืนรูปทรงเดิมได้เร็ว ทำให้คลื่นเคลื่อนที่ได้เร็วขึ้น

• ความหนาแน่นต่ำ: ตัวกลางที่มีความหนาแน่นต่ำ อนุภาคจะเคลื่อนที่ได้ง่ายกว่า ส่งผลให้คลื่นเคลื่อนที่ได้เร็วขึ้น

ดังนั้น คลื่นเสียงจะเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าในของแข็งมากกว่าในของเหลว และเร็วกว่าในของเหลวมากกว่าในก๊าซ

สรุปแล้ว คลื่นตามยาวเป็นปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ที่สำคัญ และมีบทบาทสำคัญในหลายๆ ด้านของชีวิต ตั้งแต่การได้ยินเสียง การตรวจสอบแผ่นดินไหว ไปจนถึงการใช้งานทางการแพทย์ การทำความเข้าใจถึงคุณสมบัติและพฤติกรรมของคลื่นตามยาว จะช่วยให้เราเข้าใจโลกและธรรมชาติรอบตัวได้ดียิ่งขึ้น