สมบัติการหักเหของคลื่น

สมบัติการหักเหของคลื่น

2. การหักเห (reflaction)

การหักเห เป็นสมบัติของคลื่น เกิดขึ้นเมื่อคลื่นเดินทางจากตัวกลางหนึ่ง ไปยังอีกตัวกลางหนึ่งที่มีคุณสมบัติแตกต่างกัน ซึ่งเป็นต้นเหตุให้อัตราเร็วคลื่นเกิดการเปลี่ยนแปลงไป ทำให้ความยาวคลื่นเปลี่ยนแปลงตามไปด้วย เนื่องจากการหักเหคลื่นค่าความถี่คลื่นเป็นค่าคงที่ไม่เปลี่ยนแปลง  ถ้าคลื่นตกกระทบเขตรอยต่อระหว่างตัวกลางที่ 1 กับตัวกลางที่ 2  แบบไม่ตั้งฉาก จะทำให้เกิดมุมตกกระทบในตัวกลางที่ 1 และเกิดมุมหักเหในตัวกลางที่ 2 โดยคลื่นส่วนหนึ่งจะสะท้อนกลับในตัวตัวกลางที่ 1 (ในที่นี้เราไม่สนใจ เพราะผ่านเรื่องการสะท้อนมาแล้ว)  เมื่อคลื่นหักเหเข้าไปในตัวกลางที่ 2  การหักเหจะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของตัวกลางทั้งสอง

รูปแสดงการหักเหเมื่อคลื่นเดินทางจากน้ำลึกไปสู่น้ำตื้น

จากการทดลอง พบว่าการหักเหเป็นไปตาม "กฎของสเนล" (Snell's Law) คือ

“ สำหรับตัวกลางคู่หนึ่ง ๆ  อัตราส่วนของค่า    ) ต่อค่า sine  ของมุมในตัวกลางหักเห ( ตัวกลางที่ 2   ) จะมีค่าคงที่เสมอ ” sine  ของมุมในตัวกลางตกกระทบ (ตัวกลางที่ 1 

จากกฎของสเนล เขียนเป็นสมการได้ว่า  
            
หรือ
            
เมื่อ     คือ มุมตกกระทบในตัวกลาง 1
          คือ มุมหักเหในตัวกลาง 2
          คือ อัตราเร็วของคลื่นตกกระทบในตัวกลาง 1
          คือ อัตราเร็วของคลื่นหักเหในตัวกลาง 2
          คือ ความยาวคลื่นตกกระทบในตัวกลาง 1
          คือ ความยาวคลื่นหักเหในตัวกลาง 2  
ในกรณีของคลื่นน้ำ อัตราเร็วของคลื่นจะขึ้นอยู่กับความลึก คือ 
        เมื่อ  v = อัตราเร็วคลื่นผิวน้ำ
                g = ความเร่งโน้มถ่วงของโลก
                d = ความลึกของน้ำ

ความสัมพันธ์ในเชิงแปรผันของปริมาณที่เกี่ยวข้องกับการหักเหคือ 

 การพิจารณามุมตกกระทบและมุมหักเห พิจารณาได้ 2 แบบ คือ
1.ถ้าใช้รังสีตกกระทบและรังสีหักเหเป็นหลัก ให้ดูมุมที่อยู่ระหว่างเส้นรังสีกับเส้นปกติ
2.ถ้าใช้หน้าคลื่นเป็นหลัก ให้ดูมุมที่อยู่ระหว่างหน้าคลื่นกับเส้นเขตรอยต่อตัวกลาง

มุมวิกฤตและการสะท้อนกลับหมดของคลื่น

ในกรณีที่คลื่นเคลื่อนที่จากตัวกลางที่

• มีอัตราเร็วต่ำ ผ่านรอยต่อไปยังตัวกลางที่มีอัตราเร็วสูง
• มีความยาวคลื่นน้อย ผ่านรอยต่อไปยังตัวกลางที่มีความยาวคลื่นมาก
• ถ้าเป็นคลื่นผิวน้ำ คลื่นจากน้ำตื้นผ่านรอยต่อไปยังน้ำลึก

ทำให้ มุมตกกระทบมีค่าน้อยกว่ามุมหักเห กรณีนี้อาจทำให้เกิดมุมวิกฤต หรือเกิดการสะท้อนกลับหมดได้

มุมวิกฤต(  ) คือ มุมตกกระทบที่ทำให้มุมหักเหเป็น 90 องศา 

ในการคำนวณมุมวิกฤต เขียนเป็นสมการได้ว่า 

                                                           

การสะท้อนกลับหมด คือ การหักเหที่มุมตกกระทบโตกว่ามุมวิกฤต ทำให้คลื่นเคลื่อนที่กลับในตัวกลางเดิมและเป็นไปตามกฎการสะท้อน