1. คลื่นกล (Mechanical wave) เป็นคลื่นที่จำเป็นต้องใช้ตัวกลางในการเคลื่อนที่ ซึ่งบางส่วนเราสามารถมองเห็นได้ง่าย ๆ เช่น คลื่นที่เกิดในเส้นเชือก คลื่นบนผิวน้ำ บ้างก็ใช้อากาศเป็นตัวกลาง เช่น คลื่นเสียง

2. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic waves) เป็นคลื่นที่ไม่ได้อาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ กล่าวคือ เป็นคลื่นที่สามารถเคลื่อนที่ผ่านสุญญากาศได้ ซึ่งสุญญากาศในธรรมชาติที่เรารู้จักก็คือ อวกาศ และคลื่นที่สามารถเดินทางผ่านอวกาศได้คือ คลื่นแสง คลื่นไมโครเวฟ และรังสีคอสมิกรูปแบบต่าง ๆ พวกมันจึงนับเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าด้วยเช่นกัน  

จำแนกตามการสั่นของแหล่งกำเนิดหรือลักษณะการเคลื่อนที่ของคลื่น

1. คลื่นตามยาว (Longitudinal wave) เป็นคลื่นที่เคลื่อนที่ตามแนวยาว โดยทิศทางการสั่นของตัวกลางจะอยู่ในแนวขนานกับการเคลื่อนที่ของคลื่น เช่น คลื่นเสียง
2. คลื่นตามขวาง (Transverse wave) เป็นคลื่นที่เคลื่อนที่ตามแนวขวาง โดยทิศทางการสั่นของตัวกลางจะอยู่ในแนวตั้งฉากกับการเคลื่อนที่ของคลื่น เช่น คลื่นน้ำ คลื่นในเส้นเชือก

ภาพ : Shutterstock

จำแนกตามความต้องเนื่องของแหล่งกำเนิดหรือการเกิดคลื่น

1. คลื่นดล (Pulse wave) เป็นคลื่นที่เกิดจากแหล่งกำเนิดถูกรบกวนเพียงครั้งเดียว เช่น การโยนหินลงในน้ำ ทำให้เกิดระลอกคลื่นกระจายเป็นวงออกจากจุดศูนย์กลางตำแหน่งที่หินตกลงไป และมันเกิดคลื่นเพียงแค่ระลอกเดียวก่อนจะหายไป
2. คลื่นต่อเนื่อง (Continuous wave) เป็นคลื่นที่เกิดจากการที่แหล่งกำเนิดถูกรบกวนเรื่อย ๆ อย่างเป็นจังหวะ ดังนั้น คลื่นที่ได้ก็จะออกมาอย่างต่อเนื่อง

1. สันคลื่น (peaks) คือ ตำแหน่งสูงสุดของคลื่น ได้แก่จุด C และ C'

2. ท้องคลื่น (troughs) คือ ตำแหน่งต่ำสุดของคลื่น ได้แก่จุด D และ D'

3. แอมปลิจูด (amplitude) คือ ระยะจัดสูงสุดของคลื่นวัดจากตำแหน่งสมดุล แทนด้วย A ดังรูป

4. คาบ (Period) คือ ช่วงเวลาในการสั่น 1 รอบของอนุภาค มีหน่วยเป็นวินาที แทนด้วย T

5. ความถี่ (Frequency) คือ จำนวนรอบที่อนุภาคสั่นใน 1 วินาที มีหน่วยเป็นรอบต่อวินาที หรือหรือ เฮิรตซ์ (Hertz , Hz) แทนด้วย โดยที่คาบและความถี่มีความสัมพันธ์ดังนี้ f =1/T หรือ T = 1/f

6. ความยาวคลื่น (Wavelength) คือ ระยะทางที่คลื่นไปได้ในช่วงเวลาของ 1 คาบ แทนด้วย บางทีความยาวคลื่นคือระยะจากระหว่างจุด 2 จุดที่อยู่ถัดกัน ซึ่งมีลักษณะเหมือนกัน เช่น จากจุด C ถึง C' หรือจากจุด D ถึง D' ลักษณะที่เหมือนกัน เรียกว่า มีเฟสตรงกัน (inphase) หรือพิจารณาได้ว่าความยาวคลื่นคือระยะห่างระหว่างสันคลื่น(หรือท้องคลื่น) 2 ตำแหน่งที่อยู่ถัดกัน

อัตราเร็วคลื่น

หากเราต้องการหาอัตราเร็วของคลื่น เราต้องพิจารณาเลือกจุดๆ หนึ่งบนคลื่น เพื่อสังเกตอัตราเร็วของการเคลื่อนที่ ในที่นี้เราจะเลือกพิจารณาการเคลื่อนที่ของสันคลื่น หากนึกเปรียบเทียบกับการเคลื่อนที่ของนักเล่นกระดานโต้คลื่นซึ่งเคลื่อนที่มาพร้อมกับสันคลื่นก็จะช่วยให้เห็นภาพได้ง่ายขึ้น เช่นเดียวกับการเคลื่อนที่โดยทั้วไป อัตราเร็วของสันคล่ืนที่เรากำลังพิจารณาสามารถหาได้จากระยะทางที่สันคลื่นเคลื่อนที่ได้ในหนึ่งหน่วยเวลา หรือ

v= s/t

เมื่อ v แทน อัตราเร็ว มีหน่วยเป็นเมตร/วินาที

s แทน ระยะทาง มีหน่วยเป็นเมตร

t แทน เวลาที่คลื่นใช้ในการเคลื่อนที่ มีหน่วยเป็นวินาที

แต่หาก เราพิจารณาคลื่นที่เคลื่อนที่ไปได้ 1 ลูกคลื่นพอดี นั่นคือ ระยะทางในการเคลื่อนที่ของคลื่นเท่ากับความยาวคลื่นλ และเวลาที่ใช้ในการเคลื่อนที่ 1 ลูกคลื่นนั้นก็คือ คาบของการเคลื่อนที่ T จะได้ว่า

v = s/t = λ/T

หรือ v =λf (เมื่อ ความถี่ f = 1/T)

เมื่อ v แทน อัตราเร็ว มีหน่วยเป็นเมตร/วินาที

λ แทน ความยาวคลื่น มีหน่วยเป็นเมตร

f แทน ความถี่ มีหน่วยเป็น s-1หรือ เฮิรตซ์ (Hz)

📚 ส่วนที่ 1: ความรู้พื้นฐานเชิงลึก

🔍 เฟสของคลื่นคืออะไร?

เฟส (Phase) คือตำแหน่งของจุดในรอบการแกว่งของคลื่น ณ เวลาใดเวลาหนึ่ง

การเปรียบเทียบที่เข้าใจง่าย:

• เหมือนตำแหน่งเข็มวินาทีบนหน้าปัดนาฬิกา

• เหมือนตำแหน่งคนบนชิงช้าสวรรค์ ที่หมุนรอบ

• เหมือนจุดบนล้อรถที่กำลังหมุน

📐

การแปลงหน่วย:

• เรเดียนเป็นองศา: องศา = เรเดียน × (180°/π)

• องศาเป็นเรเดียน: เรเดียน = องศา × (π/180°)

🧮 ส่วนที่ 2: สูตรและการคำนวณ

🔢 สูตรหลักที่ต้องจำ

1. ความต่างเฟสจากระยะทาง (Spatial Phase Difference)   Δφ = (2π × Δx) / λ

โดยที่:      Δφ = ความต่างเฟส (เรเดียน)

            Δx = ความต่างระยะทาง (เมตร)

            λ = ความยาวคลื่น (เมตร)

2. ความต่างเฟสจากเวลา (Temporal Phase Difference)  Δφ = (2π × Δt) / T = 2π × f × Δt

โดยที่:      Δt = ความต่างเวลา (วินาที)

            T = คาบ (วินาที)

            f = ความถี่ (Hz)

3. เฟส ณ เวลาใดเวลาหนึ่ง                 φ(t) = ωt + φ₀

โดยที่:      ω = ความถี่เชิงมุม = 2π/T = 2πf

            φ₀ = เฟสเริ่มต้น

🎯 ส่วนที่ 3: ตัวอย่างการคำนวณขั้นสูง

ตัวอย่างที่ 1: การรบกวนของคลื่น (Wave Interference)

โจทย์: คลื่น 2 ลูกจากแหล่งกำเนิดที่ห่างกัน 8 เมตร มีความยาวคลื่น λ = 2 เมตร จุด P ห่างจากแหล่งที่ 1 เป็น 6 เมตร และห่างจากแหล่งที่ 2 เป็น 10 เมตร คลื่นทั้งสองเริ่มเฟส 0° พร้อมกัน

หา: คลื่นที่จุด P จะเสริมกันหรือหักล้างกัน?    วิธีทำ:

1.       คำนวณความต่างระยะทาง: Δx = |10 - 6| = 4 เมตร

2.       คำนวณความต่างเฟส: Δφ = (2π × 4) / 2 = 4π เรเดียน = 720°

3.       ลดเฟสให้อยู่ในช่วง 0°-360°: 720° = 2 × 360° = 0° (effective)

4.       ตีความผล: Δφ = 0° → คลื่นเสริมกัน → เกิดการรบกวนเชิงสร้างสรรค์

ตัวอย่างที่ 2: การสั่นของเครื่องดนตรี

โจทย์: นักดนตรี 2 คนบรรเลงเสียงโน้ตเดียวกันด้วยแซกโซโฟน โดยเสียงที่ออกมามีความถี่ 440 Hz (โน้ต A)

• นักดนตรีคนที่ 1 เริ่มเล่นที่เวลา t₁ = 0 วินาที (เฟสเริ่มต้น 0°)

• นักดนตรีคนที่ 2 เริ่มเล่นที่เวลา t₂ = 0.25 มิลลิวินาที ภายหลัง (เฟสเริ่มต้น 0°)

หา: ความต่างเฟสระหว่างเสียงทั้งสองในขณะที่เล่นพร้อมกัน

ขั้นตอนที่ 1: หาข้อมูลที่ต้องใช้    ความถี่ (f) = 440 Hz    คาบ (T) = 1/f = 1/440 = 0.00227 วินาที (หรือ 2.27 มิลลิวินาที)    ความต่างเวลา (Δt) = 0.25 มิลลิวินาที = 0.00025 วินาที                     ขั้นตอนที่ 2: คำนวณความต่างเฟส           สูตร: Δφ = (2π × Δt) / T

            Δφ = (2π × 0.00025) / 0.00227

            Δφ = 0.001571 / 0.00227

            Δφ = 0.692 เรเดียน

ขั้นตอนที่ 3: แปลงเป็นองศา                Δφ = 0.692 × (180°/π)                                                                                     Δφ = 0.692 × 57.3°                       Δφ ≈ 40°

ขั้นตอนที่ 4: ตีความผล                     ความต่างเฟส = 40°

ผลลัพธ์:

• เสียงทั้งสองจะมีเฟสต่างกัน 40°

• ไม่ใช่การเสริมกันแบบสมบูรณ์ (0°) หรือการหักล้างกันแบบสมบูรณ์ (180°)

• จะได้ยินเสียงที่ดังกว่าเสียงเดี่ยว แต่ไม่ดังเป็น 2 เท่า

• อาจได้ยินเสียง "บีต" (beat) เล็กน้อยเนื่องจากความไม่สมบูรณ์ของการเสริมกัน

🌟 ส่วนที่ 4: การประยุกต์ใช้ในชีวิตจริง

🎵 1. ในเครื่องดนตรี

• เปียโน: การกดคีย์พร้อมกันสร้างคอร์ดที่ไพเราะเพราะเฟสของโน้ตเสริมกัน

• กีตาร: การปรับเสียงใช้หลักเฟสของคลื่นเสียง

• กลอง: เสียงที่ฟังดูหนาใช้หลักการเสริมกันของเฟส

📡 2. ในเทคโนโลジี

• หูฟัง Noise Cancelling: ใช้คลื่นเสียงที่มีเฟสตรงข้าม (180°) ดับเสียงรบกวน

• เสาอากาศวิทยุ: จัดเรียงเพื่อให้คลื่นเสริมกันในทิศทางที่ต้องการ

• เรดาร์: ใช้ความต่างเฟสในการหาระยะทางและความเร็ว

🌊 3. ในธรรมชาติ

• คลื่นทะเล: การซัดกันของคลื่นสร้างคลื่นใหญ่ (rogue waves)

• แสง: สีต่างๆ เกิดจากคลื่นแสงที่มีความถี่ต่างกัน

• แผ่นดินไหว: คลื่นไหวสะเทือนที่เสริมกันสร้างความเสียหายมาก