วิทยาศาสตร์ บทที่ 2 เรื่องเสียง

คลื่นเสียง

ธรรมชาติของเสียง

เสียงเกิดจากการสั่นของวัตถุ วัตถุที่มีการสั่นแล้วทำให้เกิดเสียงเรียกว่า แหล่งกำเนิดเสียง สำหรับมนุษย์เสียงพูดเกิดจากการสั่นสะเทือนของสายเสียงซึ่งอยู่ภายในกล่องเสียงบริเวณด้านหน้าของลำคอเรียกว่าลูกกระเดือก มนุษย์สามารถควบคุมเสียงที่พูดพูดขึ้นโดยใช้ฟัน ลิ้น ริมฝีปาก ทำให้เกิดเสียงที่แตกต่างกัน แต่เสียงจะมีประโยชน์อย่างสมบูรณ์ต้องมีการได้ยิน

เมื่อเสียงเกิดจากสั่นสะเทือนของวัตถุ แสดงว่าวัตถุได้รับพลังงาน  พลังงานนี้ก็จะถูกถ่ายโอนผ่านอากาศมายังหูผู้ฟัง ถ้าไม่มีอากาศเป็นตัวกลางในการถ่ายโอนพลังงาน  เราจะไม่ได้ยินเสียงเลย

เราสามารถทดสอบความจริงนี้ได้ โดยการทดลองใช้กระดิ่งไฟฟ้าที่ส่งเสียงตลอดเวลาใส่ไว้ในครอบแก้ว แล้วค่อยๆสูบอากาศออก เราจะได้ยินเสียงกระดิ่งไฟฟ้าค่อยลงๆ จนในที่สุดจะไม่ได้ยินเสียงกระดิ่งไฟฟ้าในครอบแก้วอีกเลย เมื่อภายในครอบแก้วเป็นสุญญากาศ

จากสถานการณ์ข้างต้น  สรุปได้ว่า การเคลื่อนที่ของเสียง ต้องอาศัยตัวกลาง ในการถ่ายโอนพลังงานการสั่นไปยังที่ต่างๆ

จะเห็นได้ว่า เสียงที่เราได้ยินนี้ เป็นพลังงานรูปหนึ่งและถือว่าเป็นคลื่นประเภทหนึ่งด้วย และพิจารณาจากอากาศที่เป็นตัวกลางนั้นการถ่ายโอนพลังงานเสียง อนุภาคของตัวกลางคืออากาศจะมีการสั่นในลักษณะอัดขยายสลับกันไป จึงถือได้ว่า เสียงเป็นคลื่นตามยาว
ลักษณะของคลื่นเสียง ประกอบด้วย 2 ส่วนคือ ส่วนอัด และส่วนขยาย

อัตราเร็วของเสียง

ช่วงเวลาที่เสียงเคลื่อนที่จากแหล่งกำเนิดเสียงผ่านอากาศมาถึงหูผู้ฟัง ขึ้นกับระยะทางระหว่างต้นกำเนิดเสียงกับผู้รับฟัง ถ้าระยะห่างมาก เสียงต้องใช้ช่วงเวลานานกว่าจะได้ยินเสียง แต่ถ้าระยะใกล้ เสียงใช้ช่วงเวลาสั้นกว่า
การเคลื่อนที่ของเสียงผ่านตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลางหนึ่งความถี่จะมีค่าคงที่ โดยความเร็วของคลื่นเสียงจะขึ้นอยู่กับชนิดของตัวกลางและอุณหภูมิ  เมื่อนักฟิสิกส์ศึกษาอัตราเร็วของเสียงในอากาศ  เขาได้พบว่าอัตราเร็วของเสียงในอากาศมีความสัมพันธ์กับอุณหภูมิของอากาศโดยประมาณ ตามสมการ

           การเคลื่อนที่ของเสียงในตัวกลางหนึ่งๆ จะคงตัว เมื่ออุณหภูมิของตัวกลางคงตัว ดังในตาราง

คุณสมบัติของเสียง

        เสียงเป็นคลื่นชนิดหนึ่งที่เคลื่อนที่โดยอาศัยตัวกลาง ดังนั้นจึงมีคุณสมบัติเหมือนคลื่น คือ

1.  การสะท้อน
2. การหักเห
3. การแทรกสอด
4. การเลี้ยวเบน

การสะท้อนของเสียง

                  เนื่องจากเสียงเป็นพลังงานชนิดหนึ่ง เมื่อคลื่นเสียงเคลื่อนที่ไปกระทบสิ่งกีดขวาง จะทำให้เกิดการสะท้อนของเสียง และปัจจัยที่มีผลต่อการสะท้อนของเสียง ได้แก่

1. ลักษณะพื้นผิวที่คลื่นเสียงไปกระทบ (ผิวเรียบและแข็ง สะท้อนได้ดี ส่วนผิวอ่อนนุ่มเนื้อพรุน จะดูดซับเสียงได้ดี)
2. มุมตกกระทบกับระนาบสะท้อนเสียง (เสียงจะสะท้อนได้ดี เมื่อ มุมของเสียงสะท้อนเท่ากับมุมของเสียงตกกระทบ)

                  มนุษย์และสัตว์ ได้อาศัยประโยชน์จากการสะท้อนของเสียง  หลายอย่างเช่น การเดินเรือ  การประมง หาความลึกของท้องทะเล หาระดับของเรือดำน้ำ หาฝูงปลา โดยการส่งคลื่นอัลตราโซนิกออกไป แล้วรอรับฟังคลื่นที่สะท้อน จากเครื่องรับ การส่งคลื่นชนิดนี้เรียกว่า โซนาร์ (Sonar – Sound Navigation and Ranging)  ค้างคาว  เป็นสัตว์สายตาไม่ดี  ใช้หลักการสะท้อนเสียง โดยส่งและรับความถี่สูง  อุตสาหกรรมใช้ในการตรวจสอบรอยร้าว ทางการแพทย์ใช้ตรวจสอบเนื้อเยื่อของอวัยวะต่างๆ ใช้ในการสลายนิ่วในไต ใช้ทำลายเชื้อโรคบางชนิดในอาหาร และน้ำ

การหักเหของเสียง

                   คลื่นเสียงเมื่อเดินทางผ่านตัวกลางที่มีความหนาแน่นแตกต่างกันจะเกิดการเปลี่ยนแปลงทิศทางความเร็วและความยาวคลื่น แต่ความถี่คลื่นยังคงที่ กล่าวคือเมื่อเสียงเคลื่อนที่จากตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อย (อากาศ) เข้าสู่ตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากกว่า(น้ำ)  เสียงจะหักเหออกจากเส้นตั้งฉาก หลักการนี้ใช้อธิบาย การเห็นฟ้าแลบ แต่ไม่ได้ยินเสียงฟ้าร้อง เพราะเมื่อเกิดฟ้าแลบ แม้จะมีเสียงเกิดขึ้นแต่เราไม่ได้ยินเสียง ทั้งนี้เพราะอากาศใกล้พื้นดินมีอุณหภูมิสูงกว่าอากาศเบื้องบน ทำให้การเคลื่อนที่ของเสียงเคลื่อนที่ได้ในอัตราที่ต่างกัน คือ เคลื่อนที่ในอากาศที่มี อุณหภูมิสูงได้เร็วกว่าในอากาศที่มีอุณหภูมิต่ำ ดังนั้น เสียงจึงเคลื่อนที่เบนขึ้นทีละน้อยๆ จนข้ามหัวเราไป จึงทำให้ไม่ได้ยินเสียงฟ้าร้อง

ในการคำนวณเกี่ยวกับการหักเหของเสียง ยังคงใช้  กฎการหักเหของสเนลล์  คือ

การแทรกสอดของเสียง

การแทรกสอดของเสียงเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดจากคลื่นเสียงที่มาจากแหล่งกำเนิดเสียงตั้งแต่ 2แหล่งขึ้นไปรวมกัน จึงเกิด การแทรกสอดแบบเสริมกัน และหักล้างกัน ทำให้เกิดเสียงดัง และ เสียงค่อย

ในกรณีที่เป็นเสียงเสริมกัน ตำแหน่งที่มีการเสริมกันจะมีเสียงดัง ส่วนตำแหน่งที่แทรกสอดแล้วหักล้างกันจะมีเสียงค่อย แต่การเกิดปรากฏการณ์แทรกสอดเกิดจากแหล่งกำเนิดเสียงที่มีความถี่ต่างกัน ทำให้เกิดเสียงดัง เสียงค่อยเป็นจังหวะๆ เรียกว่า บีตส์ (Beats) ประโยชน์จากการแทรกสอดและบีตส์นี้ นำมาใช้เทียบเครื่องดนตรี โดยมีเครื่องเทียบเสียงมาตรฐาน ใช้หลักว่าเมื่อความถี่เสียงเท่ากันจะไม่เกิดบีตส์ ถ้ายังมีบีตส์อยู่แสดงว่า ความถี่เสียงยังไม่เท่ากัน ต้องปรับจนเสียงทั้งสองมีความถี่เท่ากันจึงไม่ทำให้เกิดบีสต์

ในกรณีที่ S₁ และ S₂ เป็นแหล่งกำเนิดอาพันธ์  ทุกจุดบนเส้นปฏิบัพ เสียงจะแทรกสอดแบบเสริม เสียงจะดัง  และผลต่างระหว่างระยะทางจากแหล่งกำเนิดคลื่นทั้งสองไปยังจุดใดๆ บนเส้นปฏิบัพจะเท่ากับจำนวนเต็มของความยาวคลื่น

ในกรณีที่ S₁ และ S₂ เป็นแหล่งกำเนิดอาพันธ์  ทุกจุดบนเส้นบัพ เสียงจะแทรกสอดแบบหักล้าง  เสียงจะค่อย และผลต่างระหว่าระยะทางจากแหล่งกำเนิดคลื่นทั้งสองไปยังจุดใดๆ บนเส้นบัพจะเท่ากับจำนวนเต็มคลื่นลบกับครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นเสมอ  ดังรูป

สามารถคำนวณได้ตามสมการ

การเลี้ยวเบนของเสียง

นอกจากการหักเหของเสียงที่เกิดขึ้น เมื่อผ่านตัวกลางต่างชนิดกันแล้วยังมีการเลี้ยวเบนได้ การเลี้ยวเบนของเสียงมักจะเกิดพร้อมกับการสะท้อนของเสียง เสียงที่เลี้ยวเบน จะได้ยินค่อยกว่าเดิม เพราะพลังงานของเสียงลดลง

ในชีวิตประจำวันที่เราพบได้อย่างเสมออย่างหนึ่งคือการได้ยินเสียงของผู้อื่นได้โดยไม่เห็นตัวผู้พูด เช่น ผู้พูดอยู่คนละด้านของมุมตึก ปรากฏการณ์ดังนี้ แสดงว่าเสียงสามารถเลี้ยวเบนได้  การอธิบายปรากฏการณ์นี้สามารถจะกระทำได้โดยใช้หลักการของฮอยเกนท์อธิบายว่า ทุกๆจุดบนหน้าคลื่นสามารถทำหน้าที่เป็นต้นกำเนิดคลื่นอันใหม่ได้  ดังนั้นอนุภาคของอากาศที่ทำหน้าที่ส่งผ่านคลื่นเสียงตรงมุมตึกย่อมเกิดการสั่น ทำหน้าที่เหมือนต้นกำเนิดเสียงใหม่ ส่งคลื่นเสียงไปยังผู้ฟังได้

เราสามารถทดลอง การเลี้ยวเบนของเสียงได้โดย ให้ผู้ฟัง  ฟังเสียงลำโพงจากนอกห้องดังวีดีโอที่ตำแหน่ง ก.    ข.     ค.    ง.   ผู้ฟังย่อมได้ยินเสียงลำโพง ที่อยู่ในห้องได้ทุกคน แสดงว่าเสียงสามารถเลี้ยวเบนได้ตามแบบของคลื่น

                การเลี้ยวเบนของเสียงจะเกิดได้ดี เมื่อช่องกว้างที่ให้เสียงผ่านมีขนาดเท่ากับความยาวคลื่นของเสียงนั้น เนื่องจาก ช่องกว้างนั้นจะทำหน้าที่เหมือนเป็นแหล่งกำเนิดเสียงขนาดนั้นได้พอดีนั่นเอง

                

วิทยาศาสตร์ บทที่1 คลื่นกล

คลื่นกล

•        คลื่นกล (Mechanical Wave )

          คลื่นกล คือการถ่ายโอนพลังงานจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง โดยการเคลือนที่ไปของคลื่นต้องมีโมเลกุลหรืออนุภาคตัวกลางเป็นตัวถ่ายโอนพลังงานจึงจะทำให้คลื่นแผ่ออกไปได้  ดังนั้นคลื่นกลจะเดินทางและส่งผ่านพลังงานโดยไม่ทำให้เกิดการเคลื่อนตำแหน่งอย่างถาวรของอนุภาคตัวกลาง เพราะตัวกลางไม่ได้เคลื่อนที่แต่จะสั่นไปมารอบจุดสมดุล  ต่างจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เดินทางโดยไม่ต้องอาศัยตัวกลาง

คำว่าคลื่นตามคำจำกัดความ หมายถึง การรบกวน (disturbance) สภาวะสมดุลทางฟิสิกส์ และการรบกวนนั้นจะเคลื่อนที่จากจุดหนึ่งออกไปยังอีกจุดหนึ่งได้ตามเวลาที่ผ่านไป  ในบทนี้จะกล่าวถึงกฎเกณฑ์ต่างๆ ของคลื่นในทางฟิสิกส์

•          การแบ่งประเภทของคลื่น

            1.คลื่นตามขวาง (transverse wave)   ลักษณะของอนุภาคของตัวกลางเคลื่อนที่ในทิศตั้งฉากกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่น เช่น คลื่นผิวน้ำ คลื่นในเส้นเชือก

คลื่นตามขวาง

         

      2. คลื่นตามยาว (longitudinal wave) ลักษณะอนุภาคของตัวกลางเคลื่อนที่ไปมาในแนวเดียวกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่น เช่น คลื่นเสียง

คลื่นตามยาว

• ส่วนประกอบของคลื่น

               1.สันคลื่น (Crest) เป็นตำแหน่งสูงสุดของคลื่น หรือเป็นตำแหน่งที่มีการกระจัดสูงสุดในทางบวก จุด g

               2.ท้องคลื่น (Crest) เป็นตำแหน่งต่ำสุดของคลื่น หรือเป็นตำแหน่งที่มีการกระจัดสูงสุดในทางลบ จุด e

               3.แอมพลิจูด (Amplitude) เป็นระยะการกระจัดมากสุด ทั้งค่าบวกและค่าลบ วัดจากระดับปกติไปถึงสันคลื่นหรือไปถึงท้องคลื่น สัญลักษณ์ A

               4.ความยาวคลื่น (wavelength) เป็นความยาวของคลื่นหนึ่งลูกมีค่าเท่ากับระยะระหว่างสันคลื่นหรือท้องคลื่นที่อยู่ถัดกัน หรือระยะระหว่าง 2 ตำแหน่งบนคลื่นที่ที่เฟสตรงกัน (inphase) ความยาวคลื่นแทนด้วยสัญลักษณ์ Lamda มีหน่วยเป็นเมตร (m) ระยะ xy

               5.ความถี่ (frequency) หมายถึง จำนวนลูกคลื่นที่เคลื่อนที่ผ่านตำแหน่งใด ๆ ในหนึ่งหน่วยเวลา แทนด้วยสัญลักษณ์ มีหน่วยเป็นรอบต่อวินาที (s-1) หรือ เฮิรตซ์ (Hz) จาก cd โดย f = 1/T

              6.คาบ (period) หมายถึง ช่วงเวลาที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่านตำแหน่งใด ๆ ครบหนึ่งลูกคลื่น แทนด้วยสัญลักษณ์ มีหน่วยเป็นวินาทีต่อรอบ (s/รอบ ) โดย T = 1/f

              7.หน้าคลื่น (wave front) เป็นแนวเส้นที่ลากผ่านตำแหน่งที่มีเฟสเดียวกันบนคลื่น เช่นลากแนวสันคลื่น หรือลากแนวท้องคลื่น ตามรูป

รูปหน้าคลื่นตรง

รูปหน้าคลื่นวงกลม

รูปแสดงหน้าคลื่นต้องตั้งฉากกับรังสีคลื่นเสมอ

• อัตราเร็ว

                   อัตราเร็วในเรื่องคลื่น แบ่งได้ดังนี้

1.อัตราเร็วคลื่น หรือเรียกว่าอัตราเร็วเฟส เป็นอัตราเร็วคลื่นที่เคลื่อนที่ไปแบบเชิงเส้น ซึ่งอัตราเร็วคลื่นกลจะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของตัวกลางที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่าน
สมการที่ใช้                                              

2.อัตราเร็วของอนุภาคตัวกลาง เป็นการเคลื่อนที่แบบซิมเปิลฮาร์มอนิก โดนสั่นซ้ำรอยเดิมรอบแนวสมดุล ไม่ว่าจะเป็นคลื่นกลชนิดตามขวางหรือตามยาว

สมการที่ใช้

               1.อัตราเร็วที่สันคลื่นกับท้องคลื่น เป็นศูนย์

               2.อัตราเร็วอนุภาคขณะผ่านแนวสมดุล มีอัตราเร็วมากที่สุด

               3.อัตราเร็วอนุภาคขณะมีการกระจัด y ใดๆ จากแนวสมดุล

3. อัตราเร็วคลื่นในน้ำ ขึ้นกับความลึกของน้ำ ถ้าให้น้ำลึก d จะได้ความสัมพันธ์

4. อัตราเร็วคลื่นในเส้นเชือก ขึ้นอยู่กับแรงตึงเชือก (T) และค่าคงตัวของเชือก (u) ซึ่งเป็นค่ามวลต่อความยาวเชือก  

การศึกษาวีดีโอ : 
    1. วีดีโอเปรียบเทียบคลื่นตามขวาง กับคลื่นตามยาว

   

2. คลื่นผิวน้ำ

เรือกับคลื่นยักษ์กลางทะเล

การเกิดคลื่นและการเคลื่อนที่แบบซิมเปิลฮาร์มอนิก

    การถ่ายโอนพลังงานของคลื่นกล อนุภาคตัวกลางจะเคลื่อนที่แบบซิมเปิลฮาร์มอนิกอย่างง่าย ซ้ำรอยเดิมรอบจุดสมดุล ไม่ได้เคลื่อนที่ไปพร้อมกับคลื่น การเคลื่อนที่ของอนุภาคตัวกลางแบบนี้เราจะเขียนแทนการเคลื่อนที่ของคลื่นแบบรูปไซน์ ( sinusoidal wave ) ซึ่งเราสามารถหาค่าปริมาณต่าง ๆ
ได้ ดังนี้

รูปแสดงการเคลื่อนที่ของอนุภาคตัวกลางขณะการเคลื่อนที่

ลักษณะการเคลื่อนที่แบบซิมเปิลฮาร์มอนิกอย่างง่าย
    1.เป็นการเคลื่อนที่แบบสั่นหรือแกว่งกลับไปกลับมาซ้ำรอยเดิมโดยมีการกระจัดสูงสุดจากแนวสมดุล
(แอมพลิจูด) คงที่
    2.เป็นการเคลื่อนที่ที่มีความเร่งและแรงแปรผันโดยตรงกับขนาดของการกระจัด แต่มีทิศทางตรงข้ามกันเสมอ (แรงและความเร่งมีทิศเข้าหาจุดสมดุล แต่การกระจัดมีทิศพุ่งออกจากจุดสมดุล)
    3.ณ ตำแหน่งสมดุล x หรือ y = 0 , F = 0 , a = 0 แต่ v มีค่าสูงสุด
    4.ณ ตำแหน่งปลาย x หรือ y , F , a มีค่ามากที่สุด แต่ v = 0
    5.สมการการเคลื่อนที่แบบซิมเปิ้ลฮาร์มอนิก

คลื่นรูปไซน์ แสดงการกระจัด y และเฟส

 6. กรณีที่มุมเฟสเริ่มต้นไม่เป็นศูนย์ สมการความสัมพันธ์ของการกระจัด ความเร็ว และความเร่ง กับเวลาอาจเขียนได้ว่า

                                   

  7. การเคลื่อนที่แบบซิมเปิ้ลฮาร์มอนิกของ สปริง และลูกตุ้มนาฬิกา

 8. ลักษณะการเคลื่อนที่ของคลื่นขณะเวลาต่าง ๆ ( เมื่อ period หรือ คาบ หมายถึงเวลาครบ 1 รอบ)

9. การบอกตำแหน่งบนคลื่นรูปไซน์ ด้วย เฟส (phase) เป็นการบอกด้วยค่ามุมเป็นเรเดียน หรือองศา

เฟสตรงกันบนคลื่น จะห่างจากตำแหน่งแรก 1 Lamda , 2 Lamda , 3 Lamda , .....

 เฟสตรงกันข้ามกันบนคลื่น จะห่างจากตำแหน่งแรก 1/2 Lamda , 3/2 Lamda , 5/2 Lamda , ....

       ตัวอย่าง

การซ้อนทับกันของคลื่น
    เมื่อคลื่น 2 ขบวนผ่านมาในบริเวณเดียวกัน มันจะรวมกัน โดยอาศัยหลักการซ้อนทับของคลื่น 
( Superposition principle) การซ้อนทับกันมี 2 แบบ คือแบบเสริม และแบบหักล้าง
    1. การซ้อนทับแบบเสริม เกิดจากคลื่นที่มีเฟสตรงกัน เข้ามาซ้อนทับกัน เช่น สันคลื่น+ สันคลื่น หรือท้องคลื่น+ท้องคลื่น ผลการซ้อนทับทำให้แอมปลิจูดเพิ่มขึ้นมากที่สุด เท่ากับผลบวกของแอมปลิจูด คลื่นทั้งสอง

การซ้อนทับกันของคลื่น แบบเสริม

 2. การซ้อนทับแบบหักล้าง เกิดจากคลื่นที่มีเฟสตรงกันข้าม เข้ามาซ้อนทับกัน เช่น สันคลื่น+ ท้องคลื่น ผลการซ้อนทับทำให้แอมปลิจูดลดลง เท่ากับผลต่างของแอมปลิจูด คลื่นทั้งสอง

 การซ้อนทับกันของคลื่น แบบหักล้าง

  ภาพเคลื่อนไหวการซ้อนทับกันของคลื่นแบบเสริม

• การถ่ายโอนพลังงานของคลื่นกล

• คลื่น (wave)

    เป็นกระบวนการถ่ายโอนพลังงานจากแหล่งกำเนิดคลื่นออกไป โดยใช้คลื่นเป็นตัวถ่ายทอดพลังงาน แต่อนุภาคตัวกลางที่คลื่นผ่านไม่ได้เคลื่อนที่ไปพร้อมคลื่น แต่มีการสั่นรอบจุดสมดุลแบบซิมเปิลฮาร์มอนิก

• ชนิดของคลื่น

    การจำแนกชนิดของคลื่นใช้เกณฑ์การจำแนกดังต่อไปนี้
           (ก) คลื่นตามขวางและคลื่นตามยาว  เราแบ่งชนิดคลื่นตามลักษณะการสั่นของอนุภาคของตัวกลางได้ 2 แบบคือ
                     1. คลื่นตามขวาง (Transverse wave) ถ้าพิจารณาการเคลื่อนที่ของอนุภาคในเส้นเชือก จะเห็นว่าอนุภาคมีการเคลื่อนที่ขึ้นลงตามแนวดิ่ง ขณะที่คลื่นในเส้นเชือกเคลื่อนที่ไปตามแนวราบ เราเรียก การเคลื่อนที่ของ คลื่นในลักษณะที่อนุภาคมีทิศการสั่นตั้งฉากกับการเคลื่อนที่ของคลื่น ว่า
คลื่นตามขวาง เช่น คลื่นแสงและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เป็นต้น

ภาพเคลื่อนไหวแสดงคลื่นตามขวาง

2. คลื่นตามยาว (Longitudinal wave) ถ้าเรานำสปริงยาวๆมาวางตามแนวนอน ใช้มือตีสปริงที่ปลายข้างหนึ่ง จะทำให้เกิดคลื่นที่มีช่วงอัดและช่วงขยายสลับกันและเคลื่อนที่ไปตามแนวแกนของสปริง ซึ่งแสดงไว้ในรูป คลื่นที่เกิดขึ้นในสปริงเคลื่อนที่ไปทางขวามือโดยที่แต่ละขดของสปริงมีการสั่นตามแนวแกนของสปริง ตัวอย่างคลื่นตามยาว เช่น คลื่นในสปริง คลื่นเสียง

 แสดงการสั่นของอนุภาคอากาศ เมื่อคลื่นเสียงผ่านอากาศ

แสดงคลื่นตามยาวในสปริง

 (ข) คลื่นกลและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า  เราแบ่งชนิดของคลื่นตามการใช้และไม่ใช้ตัวกลางได้ 2 แบบ

            1. คลื่นกล (Mechanical wave) เป็นคลื่นที่ต้องอาศัยตัวกลางในการถ่ายโอนพลังงานจึงจะทำให้คลื่นแผ่ออกไปได้ ได้แก่คลื่นน้ำ คลื่นใน
เส้นเชือก คลื่นเสียง คลื่นแผ่นดินไหว  เป็นต้น
                              2. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic wave) เป็นคลื่นที่ไม่ต้องอาศัยตัวกลางในการถ่ายโอนพลังงาน เช่นแสง คลื่นวิทยุ เป็นต้น

สเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

                      (ค) คลื่นดล และคลื่นต่อเนื่องเราแบ่งชนิดของคลื่นตามลักษณะการเกิดได้ 2 แบบ
                                1. คลื่นดล (Pulse wave)  คือ คลื่นที่เกิดจาการสั่นของแหล่งกำเนิดในช่วงสั้นๆ เช่น 1 - 2 ลูก
                                2. คลื่นต่อเนื่อง (Continuous wave)  คือ คลื่นที่เกิดจาการสั่นของแหล่งกำเนิดอย่างต่อเนื่อง

• คลื่นผิวน้ำ

คลื่นน้ำเกิดจากการรบกวนแหล่งกำเนิด คลื่นที่เกิดขึ้นจะ่แผ่กระจายไปบนผิวน้ำ โดยน้ำเป็น ตัวกลาง  พิจารณาที่ผิวน้ำเมื่อเวลาผ่านไปครบหนึ่งคาบ ผิวน้ำจะเคลื่อนที่ขึ้นลงโดยโมเลกุลน้ำจะเคลื่อนที่วนเป็นวงกลมแนวดิ่งได้หนึ่งรอบ และถ้าคลื่นไม่มีการสูญเสียพลังงาน แอมพลิจูดของคลื่นจะมีค่าคงตัว จึงกล่าวได้ว่า ผิวน้ำมีการเคลื่อนที่แบบ ฮาร์มอนิกอย่างง่ายครบหนึ่งรอบพอดี โดย ณ เวลาหนึ่งผิวน้ำจะอยู่ที่ตำแหน่งหนึ่งของรอบ จึงเรียกว่า เฟสของคลื่น

รูปแสดงการเคลื่อนที่ของโมเลกุลผิวน้ำ ขณะคลื่นเคลื่อนที่ผ่านไป

ภาพเคลื่อนไหวแสดงการเคลื่อนที่ของโมเลกุลผิวน้ำ ขณะคลื่นเคลื่อนที่ผ่านไป

 เมื่อผิวน้ำเคลื่อนที่ครบหนึ่งรอบ คลื่นผิวน้ำจะเคลื่อนที่ผ่านไปได้หนึ่งลูก หรือได้ระยะทางเท่ากับหนึ่งความยาวคลื่นถ้าคลื่นผิวน้ำมีความถี่ f ดังนั้นใน 1 วินาที คลื่นผิวน้ำจะเคลื่อนที่ได้ระยะทาง f ซึ่งก็คือ อัตราเร็วคลื่น v จึงได้สมการการเคลื่อนที่ของคลื่น

 สมการอัตราเร็วคลื่นในแนวเส้นตรง หรือเรียกว่าความเร็วเฟส คือ อัตราเร็วของคลื่นผิวน้ำ ขึ้นอยู่กับความลึกของน้ำ

• คลื่นในเส้นเชือก

        คลื่นในเส้นเชือก เป็นคลื่นกลโดยอาศัยเชือกเป็นตัวกลาง เกิดขึ้นเมื่อมีการสะบัดหรือทำให้ปลายเชือกเกิดการสั่น พลังงานจะถ่ายทอดไปใน
เส้นเชือกในรูปของคลื่นตามขวาง โดยที่ตัวกลางจะสั่นขึ้นลงแบบซิมเปิลฮาร์มอนิก 

ภาพแสดงการทำให้เกิดคลื่นในเส้นเชือก

• ลักษณะของคลื่นในเส้นเชือก

        1. ความถี่ของคลื่นจะเท่ากับความถี่ของการสั่นที่ปลายเชือก

        2. แอมปลิจูดของคลื่นจะแสดงถึงพลังงานของคลื่น โดยแอมปลิจูดสูง พลังงานจะมาก

        3. อัตราเร็วคลื่นในเชือก ขึ้นอยู่กับแรงตึงในเส้นเชือก หาได้จาก

 ข้อสังเกต
        จากสมการ จะเห็นว่า อัตราเร็วคลื่นในเชือกจะแปรผันตรงกับรากที่สองของแรงตึงในเส้นเชือก

• การซ้อนทับกันของคลื่น

        เมื่อคลื่นสองขบวนเคลื่อนที่มาพบกัน จะเกิดการรวมกันเป็นคลื่นใหม่ ทำให้การกระจัดรวมของคลื่นเปลี่ยนแปลงไปเนื่องจาก หลังจากการซ้อนทับ คลื่นเคลื่อนที่ผ่านกันไป คลื่นเดิมจะแสดงคุณสมบัติเดิมออกมามีรูปร่างเหมือนเดิมอีก

รูปแสดงการซ้อนทับกันของคลื่นสีเขียวกับคลื่นสีแดง ได้ผลการสะท้อนเป็นสีน้ำเงิน

การกระจัดของคลื่นใหม่ที่เกิด ณ ตำแหน่งต่างๆเป็นผลบวกของการกระจัดของคลื่นทั้งสองที่ตำแหน่งนั้น (บวกกันแบบเวกเตอร์) ซึ่งมีผลให้แอมพลิจูดของคลื่นใหม่ = ผลรวมของแอมพลิจูดของคลื่นทั้งสอง

ผลการซ้อนทับกันของคลื่นมี 2 แบบ
        1) การรวมกันแบบเสริม  เป็นการรวมกันชนิดที่ทำให้การ กระจัดของคลื่นลัพธ์(คลื่นลูกใหม่)มีค่ามากขึ้นซึ่งเกิดจากคลื่นทั้งสองมีการกระจัด
ทิศเดียวกันมารวมกัน อาจเป็นการกระจัดบวกของทั้งสองคลื่น หรืออาจเกิดจากการกระจัดที่เป็นลบ ของทั้งสองคลื่นก็ได้มีผลให้แอมพลิจูดลัพธ์เพิ่มขึ้น
        2) การรวมกันแบบหักล้างกัน  เป็นการรวมกันชนิดที่ทำให้การกระจัดของคลื่นลัพธ์(คลื่นลูกใหม่) มีค่าลดลง ซึ่งเกิดจากคลื่นทั้งสอง มีการกระจัดทิศตรงข้ามมารวมกัน มีผลให้แอมพลิจูดลัพธ์ลดลง

 การซ้อนทับกันของคลื่นทำให้เกิดปรากฏการณ์หลายอย่าง เช่น การแทรกสอดกันของคลื่น การเกิดคลื่นนิ่ง การเกิดปรากฏการณ์บีตส์ของเสียง เป็นต้น ซึ่งจะได้ศึกษารายละเอียดต่อไป

วีดีโอแสดงการซ้อนทับกันของคลื่นแบบเสริมกันและแบบหักล้างกัน