คลื่นพื้นฐาน: ทฤษฎีและการจำลองแบบโต้ตอบ

คลื่น (Wave) คือ ปรากฏการณ์การถ่ายโอนพลังงานจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งผ่านการกระเพื่อมหรือการสั่น โดยที่ตัวกลางไม่ได้เคลื่อนที่ตามคลื่นไปด้วย (เช่น คลื่นน้ำ คลื่นเสียง) หรือบางกรณีคลื่นก็สามารถเคลื่อนที่ได้โดยไม่ต้องอาศัยตัวกลาง (เช่น คลื่นแสง) คลื่นมีความสำคัญมากในทางวิศวกรรม ตั้งแต่การออกแบบโครงสร้างกันแผ่นดินไหว ไปจนถึงระบบโทรคมนาคมไร้สาย

แบบจำลองคลื่นแบบโต้ตอบ

คุณสามารถลองเปลี่ยนตัวเลขในช่องด้านล่างเพื่อสังเกตว่า แอมพลิจูด (Amplitude), ความยาวคลื่น (Wavelength) และ ความถี่ (Frequency) ส่งผลต่อรูปร่างของคลื่นและความเร็วคลื่นอย่างไร

คุณสมบัติที่สำคัญของคลื่น

เพื่อความเข้าใจที่ง่ายขึ้น เรามักจะพิจารณาคลื่นในรูปแบบของ คลื่นรูปไซน์ (Sine Wave) ซึ่งมีตัวแปรสำคัญที่ใช้อธิบายลักษณะของคลื่นดังต่อไปนี้:

• แอมพลิจูด (Amplitude, $A$): คือระยะการกระจัดสูงสุดจากตำแหน่งสมดุล (ความสูงของสันคลื่น) คลื่นที่มีแอมพลิจูดสูงจะนำพาพลังงานมามาก ในกรณีของคลื่นเสียง แอมพลิจูดที่มากขึ้นหมายถึงเสียงที่ดังขึ้น มีหน่วยเป็น เมตร (m)
• ความยาวคลื่น (Wavelength, $\lambda$): คือระยะทางสั้นที่สุดระหว่างจุด 2 จุดที่มีสถานะการสั่น (เฟส) ตรงกัน เช่น วัดจากสันคลื่นหนึ่งไปยังสันคลื่นถัดไป มีหน่วยเป็น เมตร (m)
• ความถี่ (Frequency, $f$): คือจำนวนรอบที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่านจุดสังเกตในหนึ่งหน่วยเวลา มีหน่วยเป็น เฮิรตซ์ (Hz) หรือ รอบต่อวินาที
• คาบ (Period, $T$): คือเวลาที่คลื่นใช้ในการเคลื่อนที่ผ่านจุดสังเกตครบ 1 รอบเต็ม มีความสัมพันธ์ผกผันกับความถี่ ($T = 1/f$) มีหน่วยเป็น วินาที (s)
• ความเร็วคลื่น (Wave Speed, $v$): คือความเร็วที่พลังงานคลื่นเคลื่อนที่ไปข้างหน้า หาได้จากผลคูณระหว่างความถี่และความยาวคลื่น ($v = f \times \lambda$) มีหน่วยเป็น เมตรต่อวินาที (m/s)