การหักเหของคลื่นเสียง
พฤหัสบดี, 09 มิถุนายน 2011

xxxxxหากมีคนถามคุณว่า "เคยเจอการหักเหของเสียงมั้ยค่ะ?" คุณจะตอบว่าอย่างไรครับ? ลองหลับตาแล้วนึกย้อนชีวิตที่ผ่านมาสักครู่ใหญ่ๆ ..... นึกออกรึยังครับ

xxxxxจริงแล้ว เราแทบทุกคนคงเคยมีประสบการณ์กับการหักเหของเสียง นั่นคือ ขณะที่เกิดฝนฟ้าคะนอง แล้วเกิดแสงวาบจากฟ้าแลบ เราหลับตาปี๋ เตรียมรับเสียงฟ้าร้องที่จะตามมา 5 4 3 2 1 ...เงียบ... แล้วก็พบว่าไม่มีเสียงฟ้าร้องไม่ตามมา แล้วเสียงนั้นหายไปไหนครับ ปรากฏการณ์นี้เองคือตัวอย่างของการหักเหของคลื่นเสียง คำถามต่อมาก็คือ แล้วมันเกิดขึ้นได้อย่างไร

xxxxxการหักเหของเสียงนั้นจะเกิดขึ้นเมื่อเสียงเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางต่างชนิดกันซึ่งทำให้อัตราเร็วของเสียงเปลี่ยนแปลง และอุณหภูมิที่เปลี่ยนไปก็ทำให้อัตราเร็วของเสียงเปลี่ยนแปลงไปด้วย ซึ่งเป็นสมบัติการหักเหของคลื่น ในการหักเหของคลื่นเสียงทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่นเสียงเปลี่ยนไปด้วย ยกเว้นเมื่อคลื่นเสียงตกตั้งฉากกับผิวรอยต่อของตัวกลางทิศทางจะไม่เปลี่ยน นอกจากนี้ลมยังมีผลต่ออัตราเร็วของเสียงในอากาศแสดงว่าลมทำให้เสียงเกิดการหักเหได้

xxxxxการหักเหของคลื่นเสียงเมื่อเดินทางผ่านตัวกลางต่างชนิดกัน หรืออุณหภูมิต่างกัน จะเป็นไปตามกฎการหักเหของสเนลล์ (Snell's law) คือ

ดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดเมื่อ θ1 คือ มุมตกกระทบ

ดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดเมื่อ θ2 คือ มุมหักเห

ดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดเมื่อλ1 , λ2 คือ ความยาวคลื่นเสียงในบริเวณที่ 1 และ 2 ตามลำดับ

ดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดเมื่อv1 , v2 คือ อัตราเร็วคลื่นเสียงในบริเวณที่ 1 และ 2 ตามลำดับ

ดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดดเมื่อT1 , T2 คือ อุณหภูมิของอากาศในบริเวณที่ 1 และ 2 ตามลำดับ

xxxxxการหักเหของเสียงเมื่อคลื่นเสียงเดินทางในอากาศจากบริเวณที่มีอุณหภูมิต่ำไปสู่บริเวณที่มีอุณหภูมิสูง คลื่นเสียงจะเบนออกจากเส้นปกติ (θ1 < θ2) และเมื่อเสียงเดินทางจากในอากาศจากบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงไปสู่บริเวณที่มีอุณหภูมิต่ำ คลื่นเสียงจะเบนเข้าหาเส้นปกติ (θ1 > θ2)

xxxxxตอนกลางวันอากาศเหนือพื้นดินจะมีอุณหภูมิสูงกว่าอากาศบริเวณด้านบน เสียงจะหักเหขึ้นสู่อากาศ ดังรูป

 

รูปแสดงการหักเหของเสียงตอนกลางวัน

ดดดดดส่วนตอนกลางคืนนั้น อากาศเหนือพื้นดินจะมีอุณหภูมิต่ำกว่าอากาศบริเวณด้านบน เสียงจะหักเหลงสู่พื้นดิน ดังรูป

รูปแสดงการหักเหของเสียงตอนกลางคืน

ดดดดดสำหรับกรณีที่เกิดฟ้าแลบแต่เราไม่ได้ยินเสียงฟ้าร้องนั้น เป็นเพราะว่าในขณะเกิดฟ้าแลบ ถ้าอากาศเบื้องบนมีอุณหภูมิต่ำกว่าอากาศด้านล่าง ทำให้ทิศทางของเสียงจากฟ้าร้องนั้นเบนออกจากเส้นแนวฉาก และเมื่อมุมตกกระทบโตกว่ามุมวิกฤต(ดูรายละเอียดเพิ่มเติมได้ในเรื่องการสะท้อนกลับหมดของคลื่น) จะทำให้คลื่นเสียงเกิดการสะท้อนกลับหมดไปยังอากาศเบื้องบน เราจึงไม่ได้ยินเสียงฟ้าร้อง

รูปแสดงการหักเหของเสียงทำให้ไม่ได้ยินเสียงฟ้าร้อง

ตัวอย่าง เสียงเคลื่อนที่จากบริเวณที่มีอุณหภูมิ 27 °C ไปสู่บริเวณที่มีอุณหภูมิเท่าใด จึงทำให้ความยาวคลื่น เป็น 2/3 เท่าของความยาวคลื่นเดิม

วิธีทำ xxxxxจากโจทย์ T2 = 27 °C หรือ 300 K

xxxxxxxxxxจาก

«math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mtable columnalign=¨left¨ rowspacing=¨0¨»«mtr»«mtd»«mfrac»«msub»«mi»§#955;«/mi»«mn»1«/mn»«/msub»«msub»«mi»§#955;«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«/mfrac»«mo»=«/mo»«msqrt»«mfrac»«msub»«mi»T«/mi»«mn»1«/mn»«/msub»«msub»«mi»T«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«/mfrac»«/msqrt»«/mtd»«/mtr»«mtr»«mtd»«mfrac»«mn»2«/mn»«mn»3«/mn»«/mfrac»«mo»§nbsp;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§nbsp;«/mo»«msqrt»«mfrac»«mn»300«/mn»«msub»«mi»T«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«/mfrac»«/msqrt»«/mtd»«/mtr»«mtr»«mtd»«mfrac»«mn»4«/mn»«mn»9«/mn»«/mfrac»«mo»§nbsp;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§nbsp;«/mo»«mfrac»«mn»300«/mn»«msub»«mi»T«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«/mfrac»«/mtd»«/mtr»«mtr»«mtd»«msub»«mi»T«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mo»§nbsp;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§nbsp;«/mo»«mfrac»«mrow»«mn»300«/mn»«mo»§#215;«/mo»«mn»9«/mn»«/mrow»«mn»4«/mn»«/mfrac»«/mtd»«/mtr»«mtr»«mtd»«msub»«mi»T«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mo»§nbsp;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§nbsp;«/mo»«mn»675«/mn»«mo»§nbsp;«/mo»«mo»§nbsp;«/mo»«mi»K«/mi»«mo»§nbsp;«/mo»«/mtd»«/mtr»«mtr»«mtd»«mo»§nbsp;«/mo»«mo»§nbsp;«/mo»«mo»§nbsp;«/mo»«mo»§nbsp;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§nbsp;«/mo»«mn»402«/mn»«mo»§nbsp;«/mo»«mmultiscripts»«mi»C«/mi»«none/»«none/»«mprescripts/»«none/»«mi»o«/mi»«/mmultiscripts»«mo»§nbsp;«/mo»«/mtd»«/mtr»«/mtable»«/math»

ปปปปปนั่นคือ บริเวณนั้นมีอุณหภูมิ 402 องศาเซลเซียส


link วิทยาศาสตร์

รวม link ที่น่าสนใจทั้งในและต่างประเทศ เพื่อค้นคว้าหาข้อมูลที่ต้องการทางด้านวิทยาศาสตร์

ดูลิ้งค์ทั้งหมด

link คณิตศาสตร์

รวม link ที่น่าสนใจทั้งในและต่างประเทศ เพื่อค้นคว้าหาข้อมูลที่ต้องการทางด้านคณิตศาสตร์

ดูลิ้งค์ทั้งหมด
ทัศนศึกษาออนไลน์

เพิ่มพูนประสบการณ์ให้ผู้เรียน

พจนานุกรมศัพท์

วิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์และเทคโนโลยี