เมื่อคลื่นเกิดการหักเห ปริมาณใดมีค่าคงที่

เมื่อคลื่นหักเห: อะไรคือสิ่งที่ไม่เปลี่ยนแปลง?

เมื่อคลื่นเดินทางผ่านตัวกลางที่มีคุณสมบัติแตกต่างกัน ปรากฏการณ์ที่เรียกว่า “การหักเห” เกิดขึ้น ทำให้ทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่นเบี่ยงเบนไปจากแนวเดิม เปรียบเสมือนแสงที่ลอดผ่านแก้วน้ำแล้วเกิดภาพที่บิดเบี้ยว แม้ว่าปรากฏการณ์นี้จะนำมาซึ่งการเปลี่ยนแปลงหลายอย่าง ทั้งความเร็วในการเคลื่อนที่และระยะห่างระหว่างยอดคลื่น (ความยาวคลื่น) แต่ยังมีคุณสมบัติหนึ่งที่ยืนหยัดคงที่ ไม่ว่าคลื่นจะเผชิญกับความเปลี่ยนแปลงใด นั่นก็คือ ความถี่

ความถี่ของคลื่น คือจำนวนครั้งที่คลื่นสั่นครบหนึ่งรอบในหนึ่งหน่วยเวลา (โดยทั่วไปคือวินาที) เป็นเสมือนลายเซ็นเฉพาะตัวของคลื่นนั้นๆ ไม่ว่าคลื่นจะเคลื่อนที่เร็วขึ้น ช้าลง หรือเปลี่ยนทิศทาง ลายเซ็นนี้ก็ยังคงเดิม ความถี่จึงเป็นตัวบ่งชี้สำคัญที่เชื่อมโยงคลื่นก่อนและหลังการหักเหเข้าด้วยกัน

ลองจินตนาการถึงคลื่นเสียงที่เดินทางจากอากาศเข้าสู่น้ำ เมื่อคลื่นเสียงเข้าสู่น้ำ ความเร็วในการเคลื่อนที่ของคลื่นจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ทำให้ความยาวคลื่น (ระยะห่างระหว่างช่วงอัดและขยาย) เปลี่ยนแปลงไป แต่จำนวนครั้งที่โมเลกุลสั่นสะเทือนต่อวินาที (ความถี่) ยังคงเท่าเดิม ไม่ว่าจะอยู่ในอากาศหรือในน้ำ นั่นหมายความว่า เสียงที่เราได้ยินก่อนและหลังการหักเห ยังคงมีระดับเสียง (pitch) ที่เหมือนเดิม

ความคงที่ของความถี่ในการหักเห ไม่ได้เป็นเพียงข้อเท็จจริงทางฟิสิกส์ที่น่าสนใจ แต่ยังมีประโยชน์ในการทำความเข้าใจและคำนวณปรากฏการณ์ทางธรรมชาติมากมาย ตั้งแต่การออกแบบเลนส์ที่ใช้ในกล้องถ่ายรูป ไปจนถึงการศึกษาการแพร่กระจายของคลื่นวิทยุในชั้นบรรยากาศ

ดังนั้น ครั้งต่อไปเมื่อคุณเห็นภาพที่เกิดจากการหักเหของแสง หรือได้ยินเสียงที่เดินทางผ่านตัวกลางที่แตกต่างกัน ลองนึกถึงความถี่ที่ยังคงยืนหยัดเป็นแกนหลัก เชื่อมโยงทุกสิ่งเข้าด้วยกัน แม้ในโลกที่ทุกอย่างเปลี่ยนแปลงได้ ความถี่ก็ยังคงเป็นคุณสมบัติที่คงที่และเป็นเอกลักษณ์ของคลื่นเสมอ