การเลี้ยวเบนของคลื่น คือ ปรากฏการณ์ที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่านสิ่งกีดขวางแล้วสามารถเลี้ยวอ้อมสิ่งกีดขวางไปได้ ปรากฏการณ์นี้สามารถอธิบายได้ด้วยหลักการของ Huygens ที่ว่า
แต่ละจุดบนหน้าคลื่นเป็นแหล่งกำเนิดแบบจุด ทำให้เกิดคลื่นรูปวงกลมใหม่ คลื่นลูกใหม่มี v และ f เท่าเดิม หน้าคลื่นใหม่เกิดจากการลากเส้นสัมผัสเชื่อมของคลื่นวงกลม
การเลี้ยวเบนของคลื่นมี 2 ประเภท คือ
- การเลี้ยวเบนแบบขอบเขต เกิดจากการที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่านขอบเขตของสิ่งกีดขวาง เช่น การเลี้ยวเบนของแสงผ่านขอบเขตของแผ่นฟิล์มบาง
- การเลี้ยวเบนแบบแถบ เกิดจากการที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่านแถบแคบๆ ของสิ่งกีดขวาง เช่น การเลี้ยวเบนของแสงผ่านช่องแคบ
ตัวอย่างการเลี้ยวเบนของคลื่น เช่น
- การเลี้ยวเบนของแสงผ่านช่องแคบ ทำให้เกิดแถบสว่างสลับกับแถบมืด
- การเลี้ยวเบนของเสียงผ่านร่องเสียง ทำให้เกิดเสียงแหลม
- การเลี้ยวเบนของคลื่นน้ำผ่านเขื่อน ทำให้เกิดคลื่นสะท้อนกลับและเลี้ยวเบนไปรอบๆ เขื่อน
สมการการเลี้ยวเบนของคลื่น
การเลี้ยวเบนของคลื่นสามารถอธิบายได้ด้วยสมการของ Huygens ซึ่งสามารถเขียนได้ดังนี้
1 | y = A sin(kx - ωt) |
โดยที่
- y คือ พิกัดของจุดบนหน้าคลื่นที่สังเกต
- A คือ ผลคูณของ amplitude และ ความยาวคลื่น
- k คือ คาบคลื่น
- x คือ ระยะทางจากจุดกำเนิดคลื่นถึงจุดสังเกต
- ω คือ ความถี่ของคลื่น
- t คือ เวลา
การประยุกต์ใช้การเลี้ยวเบนของคลื่น
การเลี้ยวเบนของคลื่นมีการนำประยุกต์ใช้ในด้านต่างๆ เช่น
- กล้องจุลทรรศน์เลี้ยวเบนแสง (diffracted beam microscope) ใช้หลักการเลี้ยวเบนของแสงเพื่อขยายวัตถุขนาดเล็ก
- เลนส์เลี้ยวเบน (diffraction grating) ใช้หลักการเลี้ยวเบนของแสงเพื่อแยกแสงออกเป็นสีต่างๆ
- สเปกโตรมิเตอร์ (spectrometer) ใช้หลักการเลี้ยวเบนของแสงเพื่อวิเคราะห์องค์ประกอบของแสง
- ไมโครโฟน (microphone) ใช้หลักการเลี้ยวเบนของเสียงเพื่อแปลงคลื่นเสียงเป็นสัญญาณไฟฟ้า
สรุป
การเลี้ยวเบนของคลื่นเป็นปรากฏการณ์ที่คลื่นสามารถเลี้ยวอ้อมสิ่งกีดขวางไปได้ ปรากฏการณ์นี้สามารถอธิบายได้ด้วยหลักการของ Huygens และสามารถนำประยุกต์ใช้ในด้านต่างๆ ได้มากมาย