ลักษณะและธรรมชาติของคลื่นเสียง

ลักษณะและธรรมชาติของคลื่นเสียง

เสียงจัดเป็นรูปแบบหนึ่งของคลื่น โดยเมื่อทำการศึกษาแล้วพบว่า เสียงจัดเป็นคลื่นกลตามยาว (Longitudinal Mechanical Wave) ดังนั้น เสียงต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ ในบทนี้เราจะอธิบายการเกิดเสียงโดยยึดตัวกลางคือ อากาศ เป็นหลัก 

การเกิดเสียง

คลื่นเสียง เกิดจาการการสั่นของแหล่งกำเนิดเสียง โดยพลังงานจาการสั่นแหล่งกำเนิดเสียงนี้ จะถ่ายโอนให้กับโมเลกุลหรือนุภาคของอากาศ แล้วถ่ายโอนพลังงานให้กับโมเลกุลใกล้เตียง โมเลกุลต่อโมเลกุล โมเลกุลของอากาศจะเคลื่อนที่กลับไปกลับมา แบบซิมเปิลฮาร์โมนิค ซึ่งอยู่ในแนวเดียวกับการเคลื่อนที่ของคลื่นเสียง 

ดังนั้น เสียงจึงเป็นคลื่นตามยาว

ความดันอากาศปกติ มีค่าเท่ากับ  P_a = 10⁵  ปาสคาล ซึ่งเมื่อเสียงเกิดในอากาศบริเวณนั้น จะทำให้ความดันอากาศแถบนั้นเปลี่ยนไป เราจะสังเกตได้ว่า อากาศช่วงบริเวณอัด จะมีความดันสูงกว่าปกติ (มากกว่า P_{a )}

และในช่วงขยาย จะมีความดันต่ำกว่าปกติ (ต่ำกว่า P_a ) นั่นคือความดันอากาศที่เป็นตัวกลางเปลี่ยนไปจากเดิม

ซึ่งถ้าเขียนกราฟความดันอากาศกับระยะทางในอากาศจะได้ดังรูป

  

ข้อควรรู้เกี่ยวกับเสียง

1.      เสียงเป็นคลื่นกลตามยาว เกิดจากการสั่นของอนุภาคตัวกลาง

2.      เสียงดัง แสดงว่า อนุภาคสั่นแรง มีพลังงานสูง มีความเปลี่ยนแปลงความดันอากาศมาก

3.      เสียงค่อย แสดงว่า อนุภาคสั่นเบา มีพลังงานต่ำ  มีความเปลี่ยนแปลงความดันอากาศน้อย

4.      บริเวณที่โมเลกุลอากาศหนาแน่นมาก จุดใจกลางบริเวณนั้น โมเลกุลอากาศจะหยุดนิ่ง มีการกระจัดเป็นศูนย์ และความดันสูงสุด

5.      บริเวณที่โมเลกุลอากาศเบาบาง จุดใจกลางบริเวณนั้น โมเลกุลอากาศจะหยุดนิ่ง มีการกระจัดเป็นศูนย์ และความดันต่ำสุด

6.      กราฟการกระจัด และกราฟความดัน จะมีเฟสต่างกัน 90 องศา เสมอ

7.      จากส่วนอัดถึงขยาย ห่างกัน

8.      ความถี่เสียง = ความถี่ของการสั่นของแหล่งกำเนิดเสียง