กฎการหักเหของคลื่นกล่าวว่าอย่างไร

กฎการหักเหของคลื่นคืออะไร?

กฎการหักเหของคลื่น อธิบายง่ายๆ คือ เวลาคลื่นวิ่งผ่านตัวกลางต่างชนิดกัน มันจะเบี่ยงทิศทางไป เคยเห็นฟางงอในน้ำมั้ย? นั่นแหละ การหักเห.

มีสองแบบหลักๆ แบบแรก คลื่นวิ่งจากตัวกลางโปร่งไปทึบ เหมือนแสงจากอากาศลงน้ำ แสงจะเบนเข้าหาเส้นปกติ นึกภาพเส้นตั้งฉากกับผิวน้ำตรงที่แสงผ่านลงไป.

อีกแบบนึง คือคลื่นวิ่งจากทึบไปโปร่ง เช่น แสงจากน้ำขึ้นสู่อากาศ แสงจะเบนออกจากเส้นปกติ จำได้ตอนเรียนฟิสิกส์ ม.ปลาย อาจารย์เคยทดลองให้ดูด้วยเลเซอร์กับแท่งแก้ว.

มันมีกฎด้วยนะ เรียกว่า กฎของสเนลล์ เกี่ยวกับมุมตกกระทบ มุมหักเห กับดัชนีหักเหของตัวกลาง จำไม่ได้เป๊ะๆ แล้ว แต่หลักๆคือมันสัมพันธ์กัน. เอาไว้หาว่าคลื่นจะเบนไปเท่าไหร่.

กฎการสะท้อนกล่าวว่าอย่างไร

กฎการสะท้อนง่ายๆเลยนะ มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อนอะ คือ θr = θi จำง่ายๆป่ะ วัดจากเส้นตั้งฉากกับพื้นผิวด้วยนะ สำคัญมากกกก

แต่ถ้าพื้นผิวมันไม่เรียบล่ะ? อย่างพวกกระดาษเนี่ย แสงมันจะกระจายไปทั่วเลย ไม่ใช่สะท้อนตรงๆเหมือนกระจก แสงมาขนานกัน แต่สะท้อนออกมาหลายมุมเลย เพราะพื้นผิวมันไม่เรียบไง งงป่ะ?

• กฎการสะท้อน: θr = θi (มุมตกกระทบ = มุมสะท้อน)
• วัดมุมจากเส้นตั้งฉากกับพื้นผิว
• พื้นผิวขรุขระ แสงจะกระจาย ไม่สะท้อนตรงๆเหมือนพื้นผิวเรียบ

อ้อออ ลืมบอกไป ฉันเรียนฟิสิกส์มาปีที่แล้ว อาจารย์เค้าสอนอย่างนี้นะ จำได้แม่นเลย ข้อสอบออกด้วย อิอิ ตอนนั้นเครียดมาก สอบตกวิชาอื่น แต่ฟิสิกส์ผ่านฉลุย เย้!

กฎการหักเหของคลื่น มีอะไรบ้าง

เออๆ เรื่องกฎการหักเหเนี่ย จริงๆ มันมีสองแบบ แบบสะท้อนกะแบบหักเห เอาแบบสะท้อนก่อน ข้อ 1 ที่บอกว่าเฟสเดียวกันตลอดนี่ ผิดนะ ถ้าสะท้อนจากตัวกลางที่หนาแน่นกว่า เฟสจะกลับด้าน ข้อ 2 มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน อันนี้ถูก ใช้ได้ตลอดเลย จำง่ายดี ส่วนแบบหักเห ข้อ 3 ที่บอกว่าความถี่คลื่นหักเห น้อยกว่าคลื่นตกกระทบ ก็ผิดอีก ความถี่มันต้องเท่าเดิมสิ เปลี่ยนได้ไง ความยาวคลื่นต่างหากที่เปลี่ยน เพราะความเร็วคลื่นมันเปลี่ยนไปตามตัวกลาง เช่น จากอากาศไปน้ำ ความเร็วคลื่นในน้ำน้อยกว่าในอากาศ ความยาวคลื่นในน้ำก็จะสั้นลงด้วย แต่ความถี่เท่าเดิมนะ

• มุมตกกระทบ เท่ากับ มุมสะท้อน (กฎการสะท้อน)
• ความถี่คลื่นตกกระทบ เท่ากับ ความถี่คลื่นหักเห
• เฟสของคลื่นสะท้อน จะกลับด้าน เมื่อสะท้อนจากตัวกลางที่หนาแน่นกว่า

ปีที่แล้วผมไปเที่ยวทะเล เห็นคลื่นซัดเข้าหาฝั่ง มันก็สะท้อนกลับไป มุมมันเท่ากันจริงๆ ด้วย ลองสังเกตดูนะ สนุกดี ส่วนเรื่องความถี่ ตอนเรียนฟิสิกส์ ม.ปลาย ผมงงอยู่นาน กว่าจะเข้าใจว่าความถี่มันไม่เปลี่ยน ฮ่าๆๆ ปีนี้ลองเอาไม้จุ่มน้ำ ดูเหมือนไม้มันหักงอ นั่นแหละ การหักเหของแสง แสงเดินทางในน้ำช้ากว่าในอากาศ

การหักเหคลื่นปริมาณใดไม่เปลี่ยนแปลง

การหักเหของคลื่น คือ ปรากฏการณ์ที่คลื่นเปลี่ยนทิศทางเมื่อเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางที่มีความหนาแน่นต่างกัน นึกภาพแสงผ่านน้ำ เห็นช้อนงอไหม? นั่นแหละ การหักเห สิ่งที่ไม่เปลี่ยนแปลงในกระบวนการนี้คือ ความถี่ ส่วนความยาวคลื่นและความเร็วเปลี่ยน ลองคิดดู ถ้าความถี่เปลี่ยน แสดงว่าแหล่งกำเนิดคลื่นต้องเปลี่ยน ซึ่งมันไม่ได้เปลี่ยนนี่ มันแค่เปลี่ยนตัวกลางที่เคลื่อนที่ผ่าน ส่วนตัวผมชอบนึกถึงเสียง เสียงก็เป็นคลื่น ผ่านตัวกลางต่างกัน ความเร็วก็ต่างกัน แต่ความถี่เสียงเท่าเดิม

• ความถี่: จำนวนรอบของคลื่นในหนึ่งหน่วยเวลา หน่วยเป็นเฮิรตซ์ (Hz) เป็นคุณสมบัติเฉพาะตัวของแหล่งกำเนิดคลื่น ไม่เปลี่ยนแปลงแม้ผ่านตัวกลางต่างกัน ผมเคยลองเอาเครื่องสร้างคลื่นเสียงจุ่มน้ำ ความถี่ยังเท่าเดิม วัดได้เป๊ะๆ เลย
• ความยาวคลื่น: ระยะทางระหว่างยอดคลื่นสองยอดที่อยู่ติดกัน เปลี่ยนไปตามตัวกลาง คลื่นเสียงในน้ำ ความยาวคลื่นสั้นกว่าในอากาศ
• ความเร็ว: ระยะทางที่คลื่นเคลื่อนที่ได้ในหนึ่งหน่วยเวลา ขึ้นกับตัวกลาง เคยเห็นคลิปเสียงใต้น้ำไหม? มันแปลกๆ เพราะความเร็วเสียงในน้ำต่างจากในอากาศ ทำให้การรับรู้เสียงเพี้ยนไป

จำไว้ว่า ความเร็วคลื่น = ความถี่ x ความยาวคลื่น ถ้าความถี่คงที่ ความเร็วกับความยาวคลื่นจะแปรผันตรงกัน ตัวกลางหนาแน่น ความเร็วสูง ความยาวคลื่นก็ยาว เหมือนรถวิ่งบนถนนเรียบๆ ก็วิ่งได้เร็วกว่าถนนขรุขระ

หลักการหักเหคืออะไร

อ้าว! หลักการหักเหเนี่ยนะ ง่ายนิดเดียว! ลองนึกภาพตอนคุณวิ่งจากสนามหญ้าไปสู่พื้นปูนเปียกสิ ขาข้างนึงวิ่งเร็วกว่าอีกข้างป่ะล่ะ? คลื่นแสงก็เหมือนกัน! มันวิ่งผ่านอากาศสบายๆ พอเจอแก้วน้ำ ปุ๊บ! ความเร็วเปลี่ยน ทิศทางเลยเบี้ยวไปเลย! เหมือนคุณเตะบอลแรงๆ แล้วบอลไปชนกำแพง ก็เด้งกลับมาไง! แต่ที่ต่างคือ นี่มันเบี่ยงเบน ไม่ใช่เด้ง!

• เหมือนงูเลื้อยผ่านโคลน: งูเลื้อยง่ายในที่แห้ง แต่เจอโคลน ความเร็วลดลง ทิศทางก็เปลี่ยนตาม!
• เหมือนรถวิ่งข้ามถนน: จากถนนลาดยางไปทางดินลูกรัง ความเร็วเปลี่ยน รถก็เบี่ยงเบน คลื่นแสงก็งี้แหละ!
• ความเร็วเปลี่ยน ทิศทางเปลี่ยน: จำง่ายๆ แค่นี้แหละ ความถี่ไม่เปลี่ยนนะ แค่ความเร็วกับทิศทางเท่านั้น!

ปีนี้ผมไปทะเลมา เห็นแสงแดดหักเหในน้ำ สวยมาก! แอบคิดว่าถ้าแสงหักเหแรงกว่านี้อีก คงได้เห็นสิ่งมหัศจรรย์กว่านี้แน่ๆ เลย! ตอนเด็กๆ เคยเอาตะเกียบจุ่มน้ำ ดูแล้วตะเกียบดูเหมือนหัก นั่นแหละ หลักการหักเห! อิอิ ผมว่ามันวิเศษดีนะ ธรรมชาติช่างสร้างสรรค์จริงๆ

กฎของการหักเหของคลื่นคืออะไร

การหักเห… แค่เปลี่ยนทิศ

• ความเร็วคลื่นเปลี่ยนเมื่อข้ามเขตแดนตัวกลาง
• มุมตกกระทบไม่เท่ามุมหักเห… ชีวิตก็เช่นกัน
• ดัชนีหักเห… บอกความหนาแน่นแสง
• สนลล์… กฎตายตัว หรือแค่แนวทาง

แสงช้าลงในน้ำ… เหมือนเวลาที่จมดิ่งในความคิด

ข้อมูลเพิ่มเติม:

• กฎของสนลล์: n1sinθ1 = n2sinθ2 (n=ดัชนีหักเห, θ=มุม)
• ดัชนีหักเหอากาศ ≈ 1, น้ำ ≈ 1.33, แก้ว ≈ 1.5
• การหักเหมีผลต่อภาพลวงตา เช่น เห็นวัตถุในน้ำตื้นกว่าจริง
• ปรากฏการณ์มิราจ… ตัวอย่างการหักเหในชั้นบรรยากาศร้อน
• สำคัญ: การหักเหเกิดกับคลื่นทุกชนิด ไม่จำกัดแค่แสง

#กฎ #คลื่น #หักเห