แนะนำแหล่งเรียนรู้

คลื่นผิวน้ำ

     คลื่นเป็นการเคลื่อนที่แบบหนึ่งที่เกิดจากการรบกวน แล้วมีการถ่ายโอนพลังงานจากการรบกวนออกไปโดยรอบ ซึ่งเรียกว่า การแผ่คลื่น ถ้าการถ่ายโอนพลังงานหรือการแผ่คลื่นต้องอาศัยอนุภาคของตัวกลางเป็นตัวถ่ายโอนพลังงานจึงจะทำให้คลื่นแผ่ออกไปได้ เรียกคลื่นประเภทนี้ว่า คลื่นกล

 

     คลื่นผิวน้ำเป็นคลื่นกลที่มีอนุภาคของน้ำเป็นตัวกลาง เมื่อโยนก้อนหินลงในสระน้ำที่มีผิวน้ำเรียบ ก้อนหินจะถ่ายโอนพลังงานให้กับอนุภาคน้ำ ทำให้อนุภาคน้ำที่ผิวมีการเคลื่อนที่สั่นขึ้นลง แล้วถ่ายโอนพลังงานให้อนุภาคข้างเคียงให้มีการสั่นต่อเนื่องกันไป ผิวน้ำจะกระเพื่อมสูงขึ้นและเว้าลงเป็นวงขยายออกไปเป็นคลื่น ถ้าเขียนภาพตัดขวางจะมีลักษณะเป้นกราฟรูป sine ดังนี้

 

     เมื่อเกิดคลื่นบนผิวน้ำตำแหน่งสูงสุดของคลื่นที่อนุภาคน้ำมีการกระจัดมากที่สุดในทิศขึ้น เรียกว่า   สันคลื่น (Crest) ส่วนตำแหน่งต่ำสุดของคลื่นที่อนุภาคน้ำมีการกระจัดมากที่สุดในทิศลง เรียกว่า ท้องคลื่น (Trough) ระยะระหว่างสันคลื่นที่อยู่ถัดกัน หรือระยะระหว่างท้องคลื่นที่อยู่ถัดกัน เรียกว่า ความยาวคลื่น (wavelength) ใช้สัญลักษณ์ λ  ส่วนความสูงหรือความลึกของคลื่นวัดจากระดับน้ำปกติ เรียกว่า แอมพลิจูด (Amplitude) ระยะทางที่สันคลื่นหรือตำแหน่งใด ๆ บนคลื่นเคลื่อนที่ไปได้ใน 1 หน่วยเวลา เรียกว่า อัตราเร็วคลื่น ( v )  มีหน่วยเป็นเมตรต่อวินาที และจำนวนลูกคลื่นที่เคลื่อนที่ผ่านตำแหน่งใด ๆ บนผิวน้ำใน 1 หน่วยเวลา เรียกว่า ความถี่ ( f ) มีหน่วยเป็น เฮิร์ตซ์ (Hz)

อัตราเร็วของคลื่นสัมพันธ์กับความยาวคลื่นและความถี่ ตามสมการ   v = f λ

     เมื่อรบกวนผิวน้ำจะเกิดคลื่นแผ่ออกไปรอบแหล่งกำเนิดคลื่น แนวของสันคลื่นหรือท้องคลื่นที่ออกจากแหล่งกำเนิดคลื่นในเวลาเดียวกัน เรียกว่า หน้าคลื่น แหล่งกำเนิดคลื่นที่มีขนาดเล็กหรือเป็นทรงกลม จะให้หน้าคลื่นวงกลม

 

     กรณีที่แหล่งกำเนิดคลื่นมีความยาวมากกว่าความยาวคลื่นมากๆ จะได้หน้าคลื่นเป็นเส้นตรง

 

     ทั้งหน้าคลื่นวงกลมและหน้าคลื่นเส้นตรงที่เคลื่อนที่ออกจากแหล่งกำเนิดจะแสดงทิศทางการเคลื่อนที่ได้ด้วยเส้นรังสี ซึ่งเป็นเส้นที่ตั้งฉากกับหน้าคลื่น
     แหล่งกำเนิดคลื่นของทะเลเทียมในสยามพาร์คซิตี้มีลักษณะเป็นแท่งยาว กดลงในน้ำเป็นจังหวะด้วยมอเตอร์ขนาดใหญ่ คลื่นที่ได้จึงเป็นคลื่นหน้าตรง คลื่นที่เกิดขึ้นบนผิวน้ำนี้เมื่อพบสิ่งกีดขวางก็จะมีการเปลี่ยนแปลงตามสมบัติของคลื่น คือ
          1.มีการสะท้อน (Reflection) เมื่อคลื่นกระทบสิ่งกีดขวางจะเปลี่ยนทิศทางกลับมาในตัวกลางเดิม โดยเป็นไปตามกฎการสะท้อน คือมุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน ชายฝั่งของทะเลเทียมที่สยามพาร์คซิตี้ มีลักษณะลาดเช่นเดียวกับชายฝั่งทะเลจริง เพื่อลดการสะท้อนของคลื่น
          2.มีการหักเห (Refraction) เป็นปรากฏการณ์ของคลื่นที่เคลื่อนที่ผ่านรอยต่อระหว่างตัวกลางที่มีสมบัติต่างกัน ความเร็วของคลื่นจะเปลี่ยนไปจากเดิม ทั้งในทะเลจริงและทะเลเทียมจะเห็นได้ว่าบริเวณที่เป็นแหล่งกำเนิดคลื่นอยู่ในน้ำที่ลึกกว่าชายหาด คลื่นจากบริเวณน้ำลึกเคลื่อนที่เร็ว เมื่อเข้าสู่เขตน้ำตื้นจะเคลื่อนที่ช้าลงและหน้าคลื่นจะเปลี่ยนทิศจนขนานกับชายหาด

 

          3.มีการแทรกสอด (Interference) คลื่นที่เกิดจากแหล่งกำเนิดคลื่น 2 แหล่งเมื่อมาพบกันจะเคลื่อนผ่านกันไปได้โดยขณะที่ผ่านกันจะมีการซ้อนทับกันของคลื่น โดยตำแหน่งที่สันคลื่นหรือท้องคลื่นของคลื่นแต่ละขบวนมาพบกัน การกระจัดของอนุภาคน้ำของคลื่นทั้งสองขบวนจะเสริมกันทำให้ผิวน้ำสูงขึ้นมากหรือต่ำลงมาก แต่ถ้าเป็นการพบกันของสันคลื่นและท้องคลื่น การกระจัดของอนุภาคจะหักล้างกัน ผิวน้ำก็จะไม่กระเพื่อมมาก ทะเลเทียมของสยามพาร์คซิตี้มีเครื่องกำเนิดคลื่นหลายเครื่องสามารถทำให้เกิดคลื่นขนาดใหญ่ได้โดยทำให้เกิดการแทรกสอดของคลื่นแบบเสริมกัน

 

          4.มีการเลี้ยวเบน (Diffraction) เมื่อคลื่นเคลื่อนที่ปะทะสิ่งกีดขวางที่มีช่องเปิด จะมีคลื่นปรากฏทางด้านหลังของสิ่งกีดขวางได้ เรียกว่าการเลี้ยวเบน เมื่อคลื่นมีความยาวคลื่นมาก การเลี้ยวเบนจะเกิดมากขึ้น

    

     คลื่นจากแหล่งกำเนิดคลื่นของสยามพาร์คซิตี้ส่วนหนึ่งจะเคลื่อนที่ตรงไปยังทะเลเทียมส่วนที่อยู่ตรงกับแหล่งกำเนิดคลื่น บริเวณนี้คลื่นจะมีแอมพลิจูดมากหรือสูงมาก และคลื่นอีกส่วนหนึ่งจะเลี้ยวเบนอ้อมขอบสิ่งกีดขวางที่ทำเป็นช่องเปิดไปยังทะเลเทียมบริเวณที่มีพื้นที่มาก เป็นที่เล่นของคนทั่วไปและเด็ก ๆ คลื่นที่เลี้ยวเบนอ้อมมานี้จะมีพลังงานไม่มากนัก

 

วิดีทัศน์ เรื่อง ทะเลเทียม

คำถาม
     - คลื่นในทะเลเทียมเกิดขึ้นได้อย่างไร
     - อัตราเร็วของคลื่นในทะเลเทียมมีค่าประมาณกี่เมตรต่อวินาที
     - แอมพลิจูดของคลื่น ขึ้นกับอะไรบ้าง

เอกสารอ้างอิง
http://hendrix2.uoregon.edu/~imamura/102/section4/chapter19.html
http://www.1000usefulthings.com/952-how-tsunamis-form
http://scienceonthego.blogspot.com/2011/07/circular-water-waves-and-periodic-waves.html
https://sites.google.com/site/sotascientific/year-3-physics/waves
http://www.ebibleteacher.com/imagehtml/backgrnd4.html
http://www.123rf.com/photo_1767344_frequency-interference-between-waves-in-the-sea.html
http://esfsciencenew.wordpress.com/2009/03/26/diffraction-wave-spreading-around-an-edge/
http://www.sciencelearn.org.nz/Science-Stories/Tsunamis-and-Surf/Sci-Media/Images/Diffraction-and-interference

 


Social Network

สัญญาอนุญาตของครีเอทีฟคอมมอนส์
ผลงานนี้ ใช้สัญญาอนุญาตของครีเอทีฟคอมมอนส์แบบ แสดงที่มา-ไม่ใช้เพื่อการค้า-ไม่ดัดแปลง 3.0 ประเทศไทย