วันอังคารที่ 8 กรกฎาคม พ.ศ. 2557

เสียง ( Sound )

เสียงเกิดได้อย่างไร

เสียง  เป็นคลื่นกลที่เกิดจากการสั่นสะเทือนของวัตถุ เมื่อวัตถุเกิดการสั่นสะเทือน จะทำให้เกิดการอัดตัว และขยายตัวของคลื่นเสียง และถูกส่งผ่านตัวกลางที่เป็นสสารอยู่ในสถานะ ก๊าซ ของเหลว ของแข็ง (คลื่นเสียงจะไม่ผ่านสุญญากาศ) ไปยังหู ทำให้ได้ยินเสียงเกิดขึ้น
เสียงเกิดขึ้น เมื่อวัตถุหรือแหล่งกำเนิดเสียงมีการสั่นสะเทือน ส่งผลต่อการเคลื่อนที่ของโมเลกุลของอากาศที่อยู่โดยรอบกล่าวคือโมเลกุลของอากาศเหล่านั้นจะเคลื่อนที่จากตำแหน่งแหล่งกำเนิดเสียงไปชนกับโมเลกุลของอากาศที่อยู่ถัดออกไป จะเกิดการถ่ายโอนโมเมนตัมจากโมเลกุลที่มีการเคลื่อนที่ไปให้กับโมเลกุลของอากาศที่อยู่ในสภาวะปกติ จากนั้นโมเลกุลที่ชนกันจะแยกออกจากกันโดยโมเลกุลของอากาศที่เคลื่อนที่มาชนจะถูกดึงกลับไปยังตำแหน่งเดิมด้วยแรงปฎิกิริยา และโมเลกุลที่ได้รับการถ่ายโอนพลังงาน ก็จะเคลื่อนที่ต่อไปและไปชนกับโมเลกุลของอากาศที่อยู่ถัดไป เป็นดังนี้ไปเรื่อยๆ จนเคลื่อนที่ไปถึงหู เกิดการได้ยินขึ้น
ปรากฏการณ์นี้จะเกิดสลับกันไปมาได้เมื่อสื่อกลางหรือตัวกลางคืออากาศซึ่งมีคุณสมบัติยืดหยุ่นการเคลื่อนที่ของโมเลกุลอากาศจะเกิดเป็นคลื่นเสียง
การเกิดเสียง ที่มา; http://amfinewell.wordpress.com/2013/01/22/
ความหมายของเสียง
มนุษย์ใช้เสียงติดต่อสื่อสารระหว่างกัน และใช้เสียงดนตรีเพื่อทำให้เกิดอารมณ์และการพักผ่อนหย่อนใจในธรรมชาติเราได้ยินเสียงจากแหล่งต่างๆ เสียงเหล่านี้เกิดขึ้นได้อย่างไร การศึกษาเกี่ยวกับธรรมชาติและสมบัติของเสียง จะทำให้เราเข้าใจและสามารถอธิบายปรากฏการณ์ต่างๆที่เกี่ยวข้อง รวมทั้งนำความรู้เกี่ยวกับเสียงไปใช้ประโยชน์ในชีวิตประจำวันได้

แหล่งกำเนิดเสียง
ที่มา;http://www.bloggang.com/viewblog.php?id=cartoonthai&group=14&page=57
แหล่งกำเนิดเสียงคือ วัตถุที่ทำให้เกิดเสียง เมื่อวัตถุนั้นเกิดการสั่นสะเทือน แหล่งกำเนิดเสียงแต่ละชนิดจะทำให้กำเนิดเสียงที่มีความแตกต่างกันไประดับความดังของเสียงมีหน่วยวัดเป็น เดซิเบล (db)

ที่มา; http://amfinewell.wordpress.com/2013/01/22/

เสียงดัง (Noise)
เสียงดัง (Noise) หมายถึง เสียงชึ่งไม่เป็นที่ต้องการของคนเพราะทำให้เกิดการรบกวนการรับรู้เสียงทีต้องการ

ความถี่ของเสียง (Frequency of  sound)
ความถี่ของเสียง (Frequency of  sound) หมายถึง จำนวนครั้งของการเปลี่ยนแปลงความดันบรรยากาศ
ตามการอัดและขยายของโมเลกุลอากาศในหนึ่งวินาที หน่วยวัด คือ รอบต่อวินาที หรือ เฮิรตช์ (Hertz ; Hz)

ความดันเสียง (sound pressure) 
ความดันเสียง (sound pressure) หมายถึง ค่าความดันของคลื่นเสียงที่เปลี่ยนแปลงไปจากความดันบรรยากาศปกติ ซึ่งค่าความดันที่เปลี่ยนแปลงมากที่สุด คือ    ค่าความสูงคลื่นหรือแอมปลิจูด   การตอบสนองของหูต่อความดันเสียงไม่ได้มีลักษณะเป็นเส้นตรง แต่มีความสัมพันธ์นลักษณะของลอกาลิทึม (Logarl1thm) ดังนั้น ค่าระดับความดันเสียง ที่อ่านได้จากการตรวจวัดโดยเครื่องวัดเสียงนั้น เป็นค่าทีได้จากการเปรียบเทียบกับความดันเสียงอ้างอิงแล้ว มีหน่วยวัดเป็น เดชิเบล (decibel : dB)


เดซิเบลเอ ; dBA    หรือ เดซิเบล (เอ) ; dB(A) เป็นหน่วยวัดความดังเสียงที่ใกล้เคียงกับการตอบลนองต่อเสียงของหูมนุษย์
ที่มา;http://bbellmonn.wordpress.com/2012/01/28/47/



วันจันทร์ที่ 7 กรกฎาคม พ.ศ. 2557

ธรรมชาติและสมบัตอของเสียง

คลื่นเสียง


เกิดจากการสั่นของวัตถุที่เป็นตัวก่อกำเนิดเสียง พลังงานของการสั่นจะถ่ายโอนให้กับอนุภาคของตัวกลางที่สัมผัสกับตัวก่อเกเสียงนั้นและอนุภาคเหล่านี้จะถ่ายโอนพลังงานของการสั่นให้อนุภาคของตัวกลางที่อยู่ถัดกันต่อเนื่องกันไป ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของเสียง ( Sound propagation )
สำหรับคลื่นเสียงในอากาศ เมื่อตัวก่อเกิดเสียงมีการสั่น โมเลกุลของอากาศจะทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการถ่ายโอนพลังงานของการสั่นให้กับโมเลกุลของอากาศที่อยู่รอบๆโดยการชน
กรณีการเคลื่อนที่ของเสียงในอากาศ พบว่าทิศการเคลื่อนที่ของคลื่นเสียงกับทิศการสั่นของอนุภาคของอากาศอยู่ในแนวเดียวกัน ดังนั้น เสียงจึงเป็นคลื่นเสียงตามยาว

สมบัติของเสียง 


 เนื่องจากเสียงมีลักษณะเป็นคลื่นจึงมีสมบัติเหมือนคลื่นทุกประการคือ

1. การสะท้อนของเสียง 


เสียงมีการสะท้อนเหมือนกับคลื่น เป็นไปตามกฏการสะท้อน โดยที่เมื่อเสียงเคลื่อนที่จาก
ตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยไปยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากจะมีการสะท้อนของคลื่นเสียงเกิดขึ้นซึ่งเฟสจะเปลี่ยนไป 180 องศา แต่ถ้าเสียงเคลื่อนที่จากตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากไปยัง
ตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยจะมีการสะท้อนเพียงบางส่วนซึ่ง การสะท้อนนี้คลื่นเสียงจะมีเฟสเท่าเดิม 
สิ่งที่จะสะท้อนเสียงได้ มีความยาวอย่างน้อยเท่ากับความยาวคลื่น
ที่มา : http://www.atom.rmutphysics.com/charud/oldnews/0/286/10/sound/sound/property.htm


ปรากฏการณ์การสะท้อนของคลื่นเสียง


1) เสียงก้อง(Echo) 


คือการสะท้อนของเสียงกลับซึ่งสามารถรับฟังได้ เมื่ออยู่ห่างตัวกลางที่ทำให้เกิดการสะท้อน
ของเสียงมากกว่า 17 เมตร เพราะหูของคนเราจะสามารถแยกเสียงครั้งที่ 1และ 2 ได้เมื่อเสียงนั้น
ห่างกันอย่างน้อย 0.1 วินาที
เราสามารถหาระยะทางระหว่างผู้ฟังถึงตัวกลางที่ทำให้เกิด การสะท้อนได้
จาก S = Vt
โดยที่ S = ระยะทาง มีหน่วยเป็นเมตร
V = ความเร็ว มีหน่วยเป็นเมตร/วินาที
t = เวลา มีหน่วยเป็นวินาที 

ตัวอย่างการคำนวณ:

1.ชายคนหนึ่งตะโกนในหุบเขาได้ยินเสียงสะท้อนกลับมาในเวลา 4 วินาที ขณะนั้นอุณหภูมิของอากาศ  15 องศาเซลเซียส

วิเคราะห์:

เสียงเดินทางไป  - กลับ ใช้เวลา 4 วินาที
เสียงเดินทางเทียวเดียวใช้เวลาเพียงครึ่งหนึ่ง    เวลา  =   2 วินาที
อัตราเร็วของเสียงในอากาศ เมื่ออุณหภูมิ  15  องศาเซลเซียส  


ที่มา : http://www.atom.rmutphysics.com/charud/oldnews/0/286/10/sound/sound/property.htm


2) คลื่นนิ่ง 

เมื่อคลื่นเสียงเคลื่อนที่จากแหล่งกำเนิด เข้าหาสิ่งกีดขวางจะสะท้อนกลับทำให้เกิดคลื่นนิ่งดังรูป

ตำแหน่ง Antinode เสียงดัง ตำแหน่ง Node เสียงจะค่อย

ตัวอย่างการคำนวณ

1. ผู้ขับรถยนต์คันหนึ่งกำลังเปิดรับฟังวิทยุฟังรายการจากสถานีแห่งหนึ่ง ขณะที่รถกำลัง
เคลื่อนที่เขาหาตึกใหญ่ข้างหน้าด้วยความเร็ว 1 เมตร/วินาที เขาสังเกตว่าวิทยุเงียบ ไป 2 ครั้งใน 3 วินาที คลื่นวิทยุนั้นมีความยาวคลื่นเท่าไร 

วิเคราะห์ : 

คลื่นวิทยุเคลื่อนที่เข้าหาตึกจะสะท้อนกลับรวมกับคลื่นเดิมเป็นคลื่นนิ่ง ทำให้เกิดตำแหน่ง บัพ (Node) เสียงเงียบ และตำแหน่งปฏิบัพ ( Antinode) เสียงดัง เมื่อรถเคลื่อนที่ผ่านเสียงเงียบ 2 ครั้งใน 3 วินาที 
วิธีทำ
จากรูป ระยะที่เสียงเงียบหายไป 2 ครั้ง จะเท่ากับความยาวคลื่น

หาความยาว
                            S =  v.t
                                =  1x3
                                =  3  เมตร
ตอบ  คลื่นวิทยุมีความยาวคลื่น 3  เมตร

2. การหักเห 


การหักเหของคลื่นเสียงคือการเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่นเสียง เมื่อคลื่นเสียงเคลื่อนที่จากตัวกลางหนึ่งไปอีกตัวกลางหนึ่งที่มีความหนาแน่นต่างกัน สามารถสรุปความสัมพันธ์ได้ดังนี้

คลื่นเสียงจะเบนออกจากเส้นปกติเมื่อเคลื่อนที่จากบริเวณที่มีอุณหภูมิต่ำไปยังบริเวณที่มีอุณหภูมิสูง หรือจากบริเวณที่มีความเร็วน้อยไปยังตัวกลางที่มีความเร็วมาก

ตัวอย่างการคำนวณ

ถ้าอัตราเร็วของเสียงในน้ำและในอากาศ เท่ากับ  1400 และ 350 เมตร/วินาที ตามลำดับ เสียงระเบิดจากใต้น้ำเดินทางมากระทบผิวน้ำด้วยมุมตกกระทบ 30 องศา จงหา sin ของมุมหักเห
วิเคราะห์ :

เสียงเดินทางผ่านน้ำเข้าสู่อากาศ ผ่านตัวกลางทชนิด ทำให้เกิดการหักเห จะได้ความสัมพันธ์ เมื่อบอกความเร็วในตัวกลางกับมุมตกกระทบ สามารถหาได้จากสูตร


ตัวอย่าง เกี่ยวกับการหักเห เช่นฟ้าแลบแล้วยังไม่ได้ยินเสียงฟ้าร้อง เพราะการหักเห

 มุมวิกฤต


คือ มุมตกกระทบที่ทำให้มุมหักเหเท่ากับ 90 คลื่นเสียงต้องเคลื่อนที่จากบริเวณที่มีความเร็วน้อยไปสู่บริเวณ ที่มีความเร็วมาก เช่น จากอุณหภูมิต่ำไปยังอุณหภูมิสูงได้สูตร

ถ้ามุมตกโตกว่ามุมวิกฤต คลื่นเสียงจะไม่หักเหแต่ จะสะท้อนกลับหมด

3. การแทรกสอด 


คือปรากฎการณ์ที่คลื่นเสียง 2 ขบวนเคลื่อนที่เข้ามาในตัวกลางเดียวกันเกิดการรวมคลื่น กันขึ้นทำให้เกิดการเสริมกันและหักล้างกัน ตำแหน่งที่เสริมกันเรียกว่า ตำแหน่งปฎิบัพ (เสียงดัง) ตำแหน่งที่หักล้างกันเรียกว่า ตำแหน่งบัพ (เสียงจะค่อย)

แหล่งกำเนิดอาพันธ์ คือแหล่งกำเนิดคลื่นเสียงที่มีความถี่เท่ากัน ความยาวคลื่นเท่ากัน
อัตราเร็วเท่ากัน แอมปลิจูดเท่ากัน แต่เฟสอาจจะเท่ากันหรือต่างกันคงที่ก็ได้ 

ปรากฏการณ์บีตส์(Beat)


เป็นปรากฏการณ์จากการแทรกสอดของคลื่นเสียง 2 ขบวนที่มีความถี่ต่างกันเล็กน้อยและเคลื่อนที่อยู่ในแนวเดียวกันเกิดการรวมคลื่นเป็นคลื่นเดียวกัน ทำให้แอมพลิจูดเปลี่ยนไป เป็นผลทำให้เกิดเสียงดังค่อยสลับกันไปด้วยความถี่ค่าหนึ่ง

ความถี่ของบีตส์ หมายถึงเสียงดังเสียงค่อยที่เกิดขึ้นสลับกันในหนึ่งหน่วยเวลา เช่น ความถี่ของบีตส์เท่ากับ 10 รอบต่อวินาทีหมายความว่าใน 1 วินาทีเสียงดัง 10 ครั้งและเสียงค่อย 10 

4. การเลี้ยวเบน 


คือการที่คลื่นเสียงเคลื่อนที่ไปพบสิ่งกีดขวางแล้วสามารถเคลื่อนที่อ้อมได้หลัง สิ่งกีดขวางได้อธิบายได้โดยใช้หลักของฮอยเกนต์





   

วันอาทิตย์ที่ 6 กรกฎาคม พ.ศ. 2557

อัตราเร็วของเสียง

การเคลื่อนที่ของเสียง


การเดินทางของเสียง ต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ เสียงมาถึงหูของเราโดยมีอากาศเป็นตัวกลาง แหล่งกำเนิดเสียงจะทำให้อากาศรอบๆสั่นสะเทือน การสั่นสะเทือนจะกระจายออกไปรอบทุกทิศทาง เมื่อคลื่นเดินทางมาถึงหูของเรา เราจะรับรู้เสียงต่างๆ




การเคลื่อนที่ของเสียงผ่านตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลางหนึ่ง ความถี่จะมีค่าคงที่ โดยความเร็วของ คลื่นเสียงจะขึ้นอยู่กับชนิดของตัวกลางและอุณหภูมิ


ตารางแสดงอัตราเร็วเสียงในตัวกลางต่างๆ ที่อุณหภูมิต่างๆ


อัตราเร็วเสียงในอากาศที่อุณหภูมิใดๆเป็นไปตามความสัมพันธ์ ดังนี้




v = 331+0.6t

เมื่อ v แทนอัตราเร็วเสียงในอากาศที่อุณหภูมิ 1 องศาเซลเซียส

แทนอุณหภูมิของอากาศเป็นองศาเซลเซียส