C.2 · โมเดลคลื่น

เอกสารนี้ครอบคลุมหัวข้อ SL ที่เลือกสำหรับหลักสูตรที่ประเมินเป็นครั้งแรกใน 2025; ไม่ใช่หลักสูตรทั้งหมด

เงื่อนไขก่อนหน้า: อ่านปริมาณและหน่วยที่กำหนด, และใช้ arithmetic และเงื่อนไขโมเดลด้านล่าง

The examples are original and fictional: they are not real measurements or real student investigations.

อะไรจะเป็นคำอธิบายสำหรับการสังเกตนี้?

• A wave can carry energy across water while a floating marker mainly oscillates. Energy transfer and bulk transfer of matter are different.

สร้างโมเดล

• ความถี่ คือจำนวนการสั่นต่อหน่วยเวลา; ความยาวคลื่น คือระยะห่างระหว่างจุดที่มีเฟสเดียวกันในลำดับถัดไป
• ความเร็วของคลื่นเท่ากับผลคูณของความถี่และความยาวคลื่น
• การสั่นแบบขวางมีทิศทางตั้งฉากกับการแพร่กระจาย
• ความยาวคลื่น: ระยะห่างระหว่างจุดที่มีเฟสเดียวกันในลำดับถัดไป
• ความถี่: จำนวนการสั่นต่อหน่วยเวลา

เลือกหลักฐานที่นำมาทดสอบได้

• ที่ขอบเขต ความถี่จะคงที่ตามแหล่งกำเนิด
• การเปลี่ยนแปลงความเร็วจะทำให้ความยาวคลื่นเปลี่ยนไป
• การหักเหเกิดจากความแตกต่างของความเร็ว โดยวัดมุมจากเส้นปกติ

ในห้องปฏิบัติการ: วัดความยาวคลื่นหลายครั้งแล้วหารเพื่อลดความไม่แน่นอนในการอ่านค่าทศนิยม ใช้กล่องรังสีพร้อมวาดเส้นปกติไว้ที่ขอบเขต ระวังไม่ให้ลำแสงส่องเข้าตา และบันทึกมุมตกและมุมหักเหให้ชัดเจน

เริ่มจากปริมาณที่ทราบแล้ว

• กำหนด: ความถี่ 5 เฮิร์ตซ์ และความยาวคลื่น 0.40 เมตร
• ใช้สูตร v = fλ จะได้ v = 5 × 0.40 = 2.0 เมตรต่อวินาที
• หากความเร็วลดลงเหลือ 1.5 เมตรต่อวินาที ในขณะที่ความถี่เท่าเดิม ความยาวคลื่น = v/f = 1.5/5 = 0.30 m

ถึงคุณ: ความถี่คือ 8 Hz และความยาวคลื่นคือ 0.25 m จงหาความเร็วของคลื่น

ตรวจสอบข้อสรุปและขอบเขต

• ความถี่ของคลื่นไม่เปลี่ยนเพียงเพราะตัวกลางเปลี่ยน
• คลื่นแบบยาวมีการสั่นขนานกับการแพร่กระจาย

ไม่ถูกต้อง: ความถี่ของคลื่นจะเปลี่ยนเสมอเมื่อคลื่นเข้าสู่ตัวกลางใหม่ ความถี่ถูกกำหนดโดยแหล่งกำเนิดจึงคงที่ตลอดขอบเขต สิ่งที่เปลี่ยนคือความเร็ว ดังนั้นความยาวคลื่นจึงเปลี่ยนตามสมการ v = f × ความยาวคลื่น

จุดสำคัญ:

• ความถี่คือการสั่นต่อหน่วยเวลา; ความยาวคลื่นคือระยะห่างระหว่างจุดที่มีเฟสเดียวกันในลำดับถัดไป
• ที่ขอบเขต ความถี่จะคงที่ตามแหล่งกำเนิด
• ระวัง: ความถี่ของคลื่นไม่เปลี่ยนเพียงเพราะตัวกลางเปลี่ยน

เขียนจากความเร็วคลื่น 4.8 เมตรต่อวินาที

• ความถี่คือ 12 เฮิรตซ์ และความยาวคลื่นคือ 0.40 เมตร
• หาความเร็วของคลื่น หากความเร็วเปลี่ยนเป็น 3.6 เมตรต่อวินาที ที่ขอบเขต ให้หาวาวavelength ใหม่ ความถี่คงที่

เขียนจากความล่าช้า 1.5 วินาที

• เห็นฟ้าผ่า; เสียงฟ้าร้องมาถึง 1.5 วินาทีหลัง (เสียงมีความเร็ว 340 เมตร/วินาที⁻¹)
• ระยะทาง = 340 × 1.5 = 510 เมตร — เวลาเดินทางของแสงน้อยมากในระดับนี้ ดังนั้นความล่าช้าจึงเป็นเวลาเดินทางของเสียงโดยตรง

เขียนจากประโยคขอบเขต

• คลื่นผ่านเข้าสู่สสารที่มีความเร็วต่ำลง
• ประโยคเดียว สี่ข้อเท็จจริง: ความถี่ไม่เปลี่ยน (กำหนดโดยแหล่งกำเนิด), ความเร็วลดลง, ความยาวคลื่นสั้นลง, รังสีหักเหเข้าหาแนวตั้งฉาก