คลื่น

การหักเห (refraction)

การหักเห เกิดขึ้นเมื่อคลื่นเคลื่อนที่ผ่านแนวรอยต่อระหว่างสองตัวกลางเช่น คลื่นน้ำเคลื่อนที่จากบริเวณน้ำตื้นไปสู่น้ำลึกโดยตกกระทบทำมุมเฉียงกับแนวรอยต่อระหว่างตัวกลาง จะทำให้เกิดการเบี่ยงเบนทิศทางการเคลื่อนที่ การหักเหนี้เป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงอัตราเร็วคลื่นเมื่อคลื่นเปลี่ยนตัวกลางเนื่องจากบริเวณน้ำตื้นและน้ำลึกนั้นทำตัวเสมือนเป็นคนละตัวกลาง ทำให้คลื่นมีอัตราเร็วต่างกันและยังทำให้ความยาวคลื่นเปลี่ยนไปด้วย แต่ความถี่ยังคงเท่าเดิม

รูปแสดงการหักเหเมื่อคลื่นเดินทางจากน้ำลึกไปสู่น้ำตื้น

ที่มา : http://kruweerajit1.blogspot.com/p/blog-page.html

จากกฎของสเนล เขียนเป็นสมการได้ว่า

                                                                          เมื่อ   θ₁ คือ มุมตกกระทบในตัวกลาง 1
         θ₂  คือ มุมหักเหในตัวกลาง 2
                                                                                   v₁  คือ อัตราเร็วของคลื่นตกกระทบในตัวกลาง 1
         v₂  คือ อัตราเร็วของคลื่นหักเหในตัวกลาง 2
         λ₁  คือ ความยาวคลื่นตกกระทบในตัวกลาง 1
     λ₂  คือ ความยาวคลื่นหักเหในตัวกลาง 2

ในกรณีของคลื่นน้ำ อัตราเร็วของคลื่นจะขึ้นอยู่กับความลึก คือ

  เมื่อ  v = อัตราเร็วคลื่นผิวน้ำ
                  g = ความเร่งโน้มถ่วงของโลก
          h = ความลึกของน้ำ

ความสัมพันธ์ในเชิงแปรผันของปริมาณที่เกี่ยวข้องกับการหักเหคือ

การพิจารณามุมตกกระทบและมุมหักเห พิจารณาได้ 2 แบบ คือ

1.ถ้าใช้รังสีตกกระทบและรังสีหักเหเป็นหลัก ให้ดูมุมที่อยู่ระหว่างเส้นรังสีกับเส้นปกติ

2.ถ้าใช้หน้าคลื่นเป็นหลัก ให้ดูมุมที่อยู่ระหว่างหน้าคลื่นกับเส้นเขตรอยต่อตัวกลาง

ที่มา : http://kruweerajit1.blogspot.com/p/blog-page.html

มุมวิกฤตและการสะท้อนกลับหมดของคลื่น
ในกรณีที่คลื่นเคลื่อนที่จากตัวกลางที่
- มีอัตราเร็วต่ำ ผ่านรอยต่อไปยังตัวกลางที่มีอัตราเร็วสูง
- มีความยาวคลื่นน้อย ผ่านรอยต่อไปยังตัวกลางที่มีความยาวคลื่นมาก
- ถ้าเป็นคลื่นผิวน้ำ คลื่นจากน้ำตื้นผ่านรอยต่อไปยังน้ำลึก

ทำให้มุมตกกระทบมีค่าน้อยกว่ามุมหักเห กรณีนี้อาจทำให้เกิดมุมวิกฤต หรือเกิดการสะท้อนกลับหมดได้