สมบัติของคลื่นเสียง

เสียงเป็นคลื่นตามยาว มีสมบัติร่วมของคลื่นทั้ง 4 ประการคือ การสะท้อน การแทรกสอด การหักเห และการเลี้ยวเบน

การสะท้อน

- เสียงจะสะท้อนได้ดีถ้าผิวสะท้อนแข็งและเรียบ

- เสียงจะสะท้อนได้ดีถ้าแผ่นสะท้อนมีขนาดไม่น้อยกว่าความยาวคลื่นเสียง

- เสียงก้อง ( echo ) ปกติคนเราจะได้ยินเสียงติดประสาทหูนานประมาณ 1/10 วินาที ถ้าเราปล่อยคลื่นเสียงออกไปเราจะได้ยินเสียงครั้งแรก ต่อมาเวลาผ่านไปไม่น้อยกว่า 1/10 วินาที คลื่นเสียงสะท้อนกลับมาเราจะได้ยินเสียงแยกออกเป็น 2 ครั้ง เราเรียกว่า เสียงก้อง

การประยุกต์ใช้การสะท้อนของเสียง

เรานำความรู้เกี่ยวกับอัตราเร็วเสียงการสะท้อนของเสียงมาใช้ประโยชน์ในการคำนวณหาระยะทาง

ได้จากสมการ

s = vt โดย s = ระยะทาง,

v = อัตราเร็วเสียง

v = fλ f = ความถี่ของคลื่นเสียง, λ = ความยาวคลื่นเสียง

ตัวอย่างที่ 1 แหล่งกำเนิดคลื่นเสียงสั่นด้วยความถี่ 284 Hz ขณะนั้นอากาศมีอุณหภูมิ 298 เคลวิน ความยาวคลื่นขณะนั้นมีค่าเท่าใด

วิธีทำ จากโจทย์กำหนดให้ f = 284 Hz

t = 298 – 273 = 25 C°

หาอัตราเร็วของคลื่นเสียงที่อุณหภูมิ 25 C°

จาก V_t = 331 + 0.6t

ดังนั้นจะได้ V_t = 331 + 0.6(25)

= 346 m/s

หาความยาวของคลื่นเสียงได้จาก

v = fλ

ดังนั้นจะได้ λ = v/f

= 346/284 = 1.2 m

การหักเหของเสียง

หมายถึง เสียงที่เดินทางจากตัวกลางหนึ่ง ผ่านรอยต่อของตัวกลางเพื่อเข้าไปยังตัวกลางที่สองแล้วเกิดเปลี่ยนทิศของการเดินทาง ทำให้อัตราเร็วและความยาวคลื่นเสียงเปลี่ยนไป แต่ความถี่ยังคงที่เหมือนเดิม ถ้ามุมหักเหโตกว่า 90 องศา ทิศทางการเคลื่อนที่จะกลับเข้าสู่ตัวกลางเดิม คือ เกิดการสะท้อนกลับหมด เนื่องจากเสียงเป็นคลื่นชนิดหนึ่ง ดังนั้นจึงมีการหักเหเมื่อผ่านตัวกลางต่างชนิด เช่น เสียงตะโกนในอากาศเคลื่อนที่ในอัตราเร็วอันหนึ่ง เมื่อเสียงนี้ผ่านลงในบ่อน้ำจะเปลี่ยนอัตราเร็วเป็นเร็วขึ้น ดังนั้น เมื่อเสียงเคลื่อนที่จากตัวกลางที่มีความเร็วน้อย คือ อากาศเข้าสู่ตัวกลางที่มีความเร็วมากกว่า คือ ในน้ำ เสียงจะหักเหออกจากเส้นตั้งฉากและถ้าเสียงเคลื่อนที่ออกจากตัวกลางที่มีความเร็วมากกว่า ไปสู่ตัวกลางที่มีความเร็วน้อยกว่า เสียงจะหักเหเข้าหาเส้นตั้งฉาก และอัตราเร็วของเสียงขึ้นกับความหนาแน่นของตัวกลางด้วย คือ ตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อย อัตราเร็วของเสียงจะช้ากว่าตัวกลางที่มีความหนาแน่นมาก

หลักการนี้ใช้อธิบายเกี่ยวกับการเห็นฟ้าแลบ แต่ไม่ได้ยินเสียงฟ้าร้องได้ เพราะเมื่อเกิดฟ้าแลบเกิดเสียง แต่อากาศใกล้พื้นดินอุณหภูมิสูงกว่าอากาศเบื้องบน การเคลื่อนที่ของเสียงเคลื่อนที่ได้ในอัตราที่ต่างกัน คือ เคลื่อนที่ในอากาศที่มีอุณหภูมิสูงได้เร็วกว่าในอากาศที่มีอุณหภูมิต่ำ ดังนั้น การเคลื่อนที่ของเสียงจึงเบนขึ้นทีละน้อย ๆ จนข้ามหัวเราไป จึงทำให้ไม่ได้ยินเสียงฟ้าร้อง

การเลี้ยวเบนของเสียง

หมายถึง การเดินทางของคลื่นเสียงที่สามารถอ้อมไปด้านหลังของตัวกีดขวางได้ การเลี้ยวเบนมักเกิดพร้อมกับการสะท้อนของเสียง เสียงที่เลี้ยวเบนจะได้ยินค่อยกว่าเดิมเพราะพลังงานของเสียงลดลง