🌊

คลื่นดล · คลื่นต่อเนื่อง · เฟสของคลื่น

Virtual Lab · ฟิสิกส์ ม.5 · ศึกษาการแผ่กระจายของคลื่นในเชือก

KP Science simulation
1.0×
โหมดบันทึก:
vทฤษฎี =0m/s
λ =—m
Tคาบ =—s
t =0.00s

📋 วิธีการทดลองและวิธีการบันทึกผล

🧭 จุดประสงค์

  • เปรียบเทียบลักษณะของ คลื่นดล (pulse) กับ คลื่นต่อเนื่อง (continuous wave)
  • วัดและคำนวณ ความเร็วคลื่น v ในเส้นเชือก · ตรวจสอบว่า v ขึ้นกับอะไร
  • วิเคราะห์ ความต่างเฟส Δφ ของจุดสองจุดบนเชือก เมื่อระยะห่างเปลี่ยนไป

🔧 โหมดการบันทึกผล

โหมด "บันทึกค่าเอง" (ดีฟอลต์) — นักเรียนใช้ไม้บรรทัดบน canvas + ปุ่ม ⏱ จับเวลา → จดค่าเองในตาราง · ฝึกทักษะการวัดจริง

โหมด "อัตโนมัติ" — ระบบคำนวณให้ทันทีเพื่อตรวจทานหลังทำ manual เสร็จ

👉 คลิกที่เซลล์ในตารางเพื่อพิมพ์ค่าด้วยตัวเอง (เฉพาะโหมด manual)

① การทดลอง: คลื่นดล

ขั้นตอน

  1. เลือก tab ① คลื่นดล · ตั้งค่า T และ μ ตามต้องการ
  2. กด ▶ เริ่ม · ระบบจะสะบัดเชือก 1 ครั้งโดยอัตโนมัติที่ t = 0.5 s
  3. เมื่อ pulse เริ่มเคลื่อน ให้กด ⏱ เริ่มจับเวลา
  4. เมื่อ pulse ไปถึงปลายเชือก (x = 10 m) กด ⏱ หยุด
  5. อ่านเวลาที่ใช้ · จดลงในตาราง · คำนวณ v = Δx/Δt
  6. ลองเปลี่ยน T หรือ μ แล้วทำซ้ำ · สังเกตว่า v เปลี่ยนอย่างไร

ตารางบันทึก

คอลัมน์: ครั้งที่ | T (N) | μ (g/m) | Δx (m) | Δt (s) | vวัด (m/s) | vทฤษฎี (m/s)

② การทดลอง: คลื่นต่อเนื่อง

ขั้นตอน

  1. เลือก tab ② คลื่นต่อเนื่อง · ตั้งค่า T, μ, f
  2. กด ▶ เริ่ม · เชือกจะถูกสั่นที่ปลายซ้ายด้วยความถี่ f
  3. ใช้ไม้บรรทัดล่าง canvas วัด ความยาวคลื่น λ (ระยะระหว่างยอดคลื่นติดกัน)
  4. สังเกตจุดหนึ่งบนเชือก · ใช้ ⏱ จับเวลา 1 คาบ T (กลับมาตำแหน่งเดิมทิศเดียวกัน)
  5. จดค่าลงตาราง · คำนวณ vวัด = fλ และ vวัด = λ/Tคาบ
  6. ลองเปลี่ยน f (คงที่ T, μ) → สังเกตว่า λ เปลี่ยนแต่ v คงที่

ตารางบันทึก

คอลัมน์: ครั้งที่ | f (Hz) | λ (m) | Tคาบ (s) | v = fλ (m/s) | vทฤษฎี (m/s)

③ การทดลอง: เฟสของคลื่น

ขั้นตอน

  1. เลือก tab ③ เฟส · เชือกจะสั่นต่อเนื่อง · มีจุด 🔴 และ 🟢 บนเชือก
  2. เลื่อน slider x₁ · x₂ (หรือคลิกบน canvas) เพื่อวางจุดสังเกต
  3. ดูกราฟ y-t ด้านขวา · สังเกตว่าจุดแดงกับเขียวขึ้น-ลงสัมพันธ์กันอย่างไร
  4. บันทึก Δx = |x₂ − x₁| ลงตาราง · ระบบแสดง Δφ ทฤษฎี = 2π·Δx/λ
  5. จัดระยะให้ Δx = λ/4, λ/2, λ, 3λ/2 แล้วสังเกตการสั่น

จุดที่นักเรียนควรสังเกต

  • Δx = 0, λ, 2λ, ... → จุดสั่น พร้อมกัน (in-phase · Δφ = 0)
  • Δx = λ/2, 3λ/2, ... → จุดสั่น สวนทางกัน (anti-phase · Δφ = π)
  • Δx = λ/4, 3λ/4, ... → ต่างเฟส 90° (quadrature · Δφ = π/2)

📝 การเขียนรายงาน

  • วาด/แคปรูปเส้นเชือกที่เห็น · เปรียบเทียบ pulse vs continuous
  • กรอกตารางข้อมูลจากการวัด · คำนวณเปอร์เซ็นต์ความคลาดเคลื่อน |vวัด − vทฤษฎี| / vทฤษฎี × 100%
  • ใช้ปุ่ม ⬇ CSV ดาวน์โหลดตารางเข้า Google Sheets / Excel
  • อภิปราย: "v ขึ้นกับแอมพลิจูดไหม?" · "ถ้าเปลี่ยน f แล้ว v เปลี่ยนหรือไม่? เพราะอะไร?"

📐 ทฤษฎีและคำอธิบาย

🎯 คลื่นคืออะไร?

คลื่น คือการรบกวน (disturbance) ที่แผ่ออกไปจากแหล่งกำเนิด · พลังงานถูกส่งจากจุดหนึ่งไปอีกจุดหนึ่ง โดยที่อนุภาคของตัวกลางเพียงสั่นอยู่กับที่ — ไม่ได้เคลื่อนที่ตามคลื่นไป

สังเกต: เมื่อคลื่นเคลื่อนไปทางขวา · อนุภาคสีฟ้าสั่นขึ้น-ลงกับที่ ไม่ไปทางขวาตามคลื่น

💥 คลื่นดล (Pulse)

เกิดจากการรบกวนตัวกลาง เพียง 1 ครั้ง · ทำให้เกิดคลื่นลูกเดียวที่แผ่ออกไปแล้วสลายตัว

ตัวอย่าง: ตบน้ำในอ่าง 1 ครั้ง · สะบัดเชือก 1 ครั้ง

〰️ คลื่นต่อเนื่อง (Continuous)

เกิดจากการรบกวนตัวกลาง ต่อเนื่องเป็นคาบ · ทำให้เกิดคลื่นหลายลูกติดต่อกัน

ตัวอย่าง: เคาะกลองต่อเนื่อง · สั่นปลายเชือกเป็นจังหวะ

⚡ ความเร็วคลื่นในเส้นเชือก

ความเร็วของคลื่นในเส้นเชือกขึ้นกับ สมบัติของตัวกลาง ไม่ใช่แหล่งกำเนิด:

v = √(T / μ)
  • T = แรงตึงเชือก (N) · ยิ่งดึงตึง ยิ่งเร็ว
  • μ = มวลต่อความยาว (kg/m) · ยิ่งหนัก ยิ่งช้า

⚠ ข้อสำคัญ: ถ้าเชือกเส้นเดียวกัน (T, μ เท่าเดิม) ความเร็วคลื่นดลกับคลื่นต่อเนื่องเท่ากัน · ไม่ว่าจะเปลี่ยน f, A อย่างไร v ก็ไม่เปลี่ยน

📏 ความสัมพันธ์ f, λ, v, T

v = f · λ   ·   Tคาบ = 1 / f   ·   v = λ / Tคาบ
  • λ = ความยาวคลื่น · ระยะระหว่างยอดคลื่นติดกัน (หน่วย m)
  • Tคาบ = คาบ · เวลาที่จุดหนึ่งสั่นครบ 1 รอบ (หน่วย s)
  • f = ความถี่ · จำนวนรอบต่อวินาที (หน่วย Hz = 1/s)

🌀 เฟสของคลื่น (Phase)

สมการคลื่นรูป sine ที่เคลื่อนไปทางขวา:

y(x, t) = A · sin(kx − ωt)   |   k = 2π/λ  ·  ω = 2πf

"เฟส" ของจุดหนึ่งบนคลื่น = ค่า (kx − ωt) · 2 จุดที่ห่างกัน Δx จะมี ความต่างเฟส:

Δφ = 2π · (Δx / λ)
  • Δx = nλ (n = 0, 1, 2, ...) → Δφ = 2nπ → สั่นพร้อมกัน (in-phase)
  • Δx = (n + ½)λ → Δφ = (2n+1)π → สั่นสวนทาง (anti-phase)
  • Δx = (n + ¼)λ → Δφ = (2n + ½)π → ต่างเฟส 90° (quadrature)

🔑 สรุปแนวคิดหลัก (Key Takeaways)

  1. คลื่นดล = รบกวน 1 ครั้ง · คลื่นต่อเนื่อง = รบกวนซ้ำๆ เป็นคาบ
  2. ความเร็วคลื่นในตัวกลางเดียวกัน เท่ากัน ไม่ว่าจะเป็น pulse หรือ continuous
  3. v ขึ้นกับ สมบัติของตัวกลาง (T, μ) เท่านั้น ไม่ขึ้นกับ f หรือ A
  4. เปลี่ยน f → λ เปลี่ยน (เพราะ v = fλ และ v คงที่)
  5. ความต่างเฟส Δφ = 2π · Δx/λ · ใช้ทำนายการสั่นของจุดต่างๆ บนคลื่น