การเลี้ยวเบน

การเลี้ยวเบน

พุธ, 23 กุมภาพันธ์ 2011 by ปิยะ พละคช

ในขณะที่เรากำลังทำความสะอาดพื้นก็ย่อมต้องการความบันเทิงเพื่อผ่อนคลาย แต่การเปิดวิทยุไว้ที่อีกมุมหนึ่งของตึกดังในรูปนั้น เราจะได้ยินเสียงเพลงจากวิทยุหรือไม่??? จะได้ยินได้อย่างไร เพราะคลื่นคงไม่สามารถเลี้ยวอ้อมตึกมาเข้าหูเราได้แน่นอน แต่เอ๊ะ หรือว่าคลลื่นจะเลี้ยวได้ ลองมาหาคำตอบกันครับ
การเลี้ยวเบนของคลื่น (Diffraction) เกิดขึ้นเมื่อคลื่นเดินทางไปพบสิ่งกีดขวางที่มีลักษณะเป็นขอบหรือช่องที่มีขนาดใกล้เคียงกับความยาวคลื่น ทำให้คลื่นเคลื่อนที่เลี้ยวผ่านสิ่งกีดขวางไปได้ ซึ่งสามารถอธิบายได้โดยใช้หลักของฮอยเกนส์ ซึ่งกล่าวไว้ว่า "ทุก ๆ จุดบนหน้าคลื่นอาจถือได้ว่าเป็นจุดกำเนิดคลื่นใหม่ที่ให้คลื่นความยาวคลื่นเดิมและเฟสเดียวกัน" ดังรูป

นั่นแปลว่า คลื่นสามารถเคลื่อนที่อ้อมสิ่งกีดขวางได้หรือเมื่อคลื่นเคลื่อนที่ผ่านช่องเปิด (slit)ทั้งช่องเปิดที่เป็นสลิตเดี่ยวหรือสลิตคู่ คลื่นก็จะสามารถแผ่หน้าคลื่นออกไปได้
การเลี้ยวเบนจะเกิดขึ้นได้ดีก็ต่อเมื่อความยาวคลื่นมีขนาดน้อยกว่าสิ่งกีดขวางหรือสลิต ลองศึกษาการเลี้ยวเบนผ่านสลิตขนาดต่างๆ ต่อไปนี้ครับ
.....................
รูป แสดงการเลี้ยวเบนเมื่อช่องขนาดใหญ่มาก ( d>>λ )........................รูป แสดงการเลี้ยวเบนเมื่อช่องขนาดใหญ่ ( d>λ )
..................
รูป แสดงการเลี้ยวเบนเมื่อช่องขนาดใกล้เคียงกับความยาวคลื่น ( d~λ )......รูปแสดงการเลี้ยวเบนเมื่อช่องขนาดเล็กกว่าความยาวคลื่น ( d<λ )

ในกรณีที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่านสลิตเดี่ยวที่มีความกว้างของช่องเท่ากับหรือมากกว่าความยาวคลื่น การเลี้ยวเบนของคลื่นจะทำให้เกิดแนวบัพที่เกิดจากการแทรกสอดเกิดขึ้นเสมอ
กรณี สลิตเดี่ยว
.................

ถ้าให้ d เป็นความกว้างของสลิตเดี่ยว และ P เป็นจุดใดๆบนแนวบัพที่ n จะได้ว่า
.......................เมื่อ n = 1, 2, 3,...
และถ้า P เป็นจุดบนแนวปฏิบัพ จะได้ว่า
......... เมื่อ n = 1, 2, 3,...
กรณี สลิตคู่
...........................

ถ้าให้ d เป็นระยะห่างระหว่างสลิตคู่ จะเกิดลวดลายเช่นเดียวกันกับการแทรกสอดของคลื่น นั่นคือ
ถ้า P เป็นจุดบนแนวปฏิบัพ จะได้ว่า
......................... เมื่อ n = 1, 2, 3,...
และถ้า P เป็นจุดบนแนวบัพ จะได้ว่า
..........เมื่อ n = 1, 2, 3,...