คลื่นหน้าวงกลม
ผมขอเริ่มที่คลื่นหน้าวงกลม ซึ่งเกิดจากแหล่งกำเนิดแบบจุด (Point Source) ซึ่งคลื่นหน้าวงกลมนี้จะเป็นสิ่งแรกที่ผู้ใช้แอพเพล็ทเห็นเพราะเป็นค่าดีฟอลท์ที่โปรแกรมได้เขียนไว้
สำหรับภาพที่แสดงนี้ เป็นการเลือก Color Scheme 4
ภาพเช่นนี้เราจะเห็นในเอกสาร ตำราหรือคู่มือบ่อยๆ แต่ต่างกันตรงเส้นที่ขีดในเอกสารเหล่านั้นจะหมายถึงแนวสว่าง(สันคลื่น) ส่วนการทดลองจากซิมูเลชั่นนี้จะตรงกันข้าม
ภาพด้านซ้ายจะแสดงสิ่งที่ได้จากการทดลอง ส่วนภาพขวาเป็นภาพที่นิยมเีขียนในเอกสารตำราต่างๆ โดยภาพเล่มอาจมีลูกศรพุ่งออกจากจุดกึ่งกลางด้วย เพื่อแสดงถึงทิศทางของคลื่นที่พุ่งออกตามแนวรัศมี
เราสามารถเพิ่มแหล่งกำเนิดคลื่นหน้าวงกลมได้หลายๆ แหล่ง ที่ปรากฏรายการแถวแรกก็คือ 2 แหล่ง และ 4 แหล่ง (เราสามารถเลือกได้ถึง 20 แหล่ง ที่รายการอื่นๆ) ซึงการเลือกแหล่งกำเนิดที่มากกว่า 2 แหล่งจะทำให้เราเห็นการผสมกันของคลื่น(เรียกว่าการแทรกสอด) ในรูปแบบต่างๆ มากมาย
คลื่นหน้าตรง
คลื่นหน้าตรงเกิดจากแหล่งกำเนิดแบบเส้นตรง เช่นไม้บรรทัด แล้วมีการสั่นกวนในน้ำจนทำให้เกิดคลื่นหน้าตรงขึ้น การเลือกแหล่งกำเนิดที่จะทำให้เกิดคลื่นหน้าตรงนี้ เลือกได้จากตัวเลือกแถวแรก ในรายการ Setup : Plane Wave
เราสามารถปรับจุดที่เป็นวงกลมเล็กๆ สีเขียวให้คลื่นหน้าตรงของเราอยู่ในแนวใดก็ได้ ตามที่เราต้องการ
ทั้งคลื่นหน้าวงกลมและคลื่นหน้าตรงที่กล่าวมาข้างต้นนั้น ถือว่าเพียงพอแล้วสำหรับการเซ็ตการทดลองขั้นเบื้องต้น โดยจะเน้นไปที่ 1 Src, 1 Freq เป็นหลัก ต่อไปเราลองดูออกแบบการทดลองง่ายๆ กัน
การสะท้อนของคลื่น
ปรากฏการณ์การสะท้อน ก็คือ ปรากฏการณ์ที่คลื่นเคลื่อนที่ไปกระทบสิ่งกีดขวางแล้วเคลื่อนที่กลับมาในที่อยู่ในตัวกลางเดิม ดังนั้นมันจึงมีการเปลี่ยนแปลงเส้นทางการเคลื่อนที่ ชุดของคำอธิบายเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ เราเรียกว่า "กฎการเคลื่อนที่" ซึ่งเราจะได้สรุปกันในภายหลัง
การเซ็ตการทดลองผมชวนเล่น ดังนี้
- เลือก Stopped และ Clear Waves (เริ่มต้นในสภาวะนิ่ง)
- เลือก Setup : Plane Wave
- เลือกตัวควบคุมแถวที่ 3 โดยเลือกที่รายการ Mouse = Edit Walls
- ทำการสร้างกำแพงโดยเอาเมาส์มากดลากเป็นเส้นตรงด้านล่าง แล้วลากจุดเขียวให้เฉียงๆ
ดังภาพ
ถ้าต้องการ Import ค่าที่ผมตั้งไว้ คลิกดาวน์โหลด ที่นี่ - เสร็จแล้วก็ลองปล่อยคลื่นออกมา โดยคลิกยกเลิก Stopped
- หลังจากที่คลื่นเคลื่อนมากระทบกำแพงด้านล่างแล้ว ก็กดปุ่ม Stopped เพื่อนำภาพมาวิเคราะห์
- กด Alt+PrintScreen เพื่อจับภาพหน้าจอ
การวิเคราะห์จะใช้โปรแกรม Paint
- เปิดโปรแกรม Paint ขึ้นมา (Start>Programs>Accessories>Paint) แล้วกดปุ่ม Alt+V เมื่อแปะลงไปแล้ว ทีนี้เราก็จะสามารถวิเคราะห์แนวการเคลื่อนที่ของคลื่นได้ ดังแสดงในภาพ
- เส้นสีเขียวก็คือเส้นที่เราสามารถนำมาวิเคราะห์ โดยมี เส้นของรังสีตกกระทบ เส้นแนวฉาก(ตั้งฉากกับเส้นสัมผัสที่ตำแหน่งรังสีตกกระทบ) และเส้นของรังสีสะท้อน โดยเส้นทั้งสามนี้อยู่ในระนาบเดียวกัน
- จากนั้นอาจจะพิมพ์ออกมา (อาจจะเปลืองหมึกหน่อย) แต่ถ้าใครสามารถใช้โปรแกรมประเภทที่สร้างเลเยอร์ได้ เช่น โปรแกรม Paint.NET (โปรแกรมนี้ดี ฟรีอีกต่างหากดาวน์โหลดได้ที่ http://www.getpaint.net/download.html) แล้วเลือกเฉพาะเลเยอร์สีเขียวออกมาพิมพ์
- มุมระหว่างเส้นแนวฉากกับรังสีตกกระทบเรียกว่า มุมตกกระทบ ส่วนมุมที่กระทำระหว่างเส้นแนวฉากกับรังสีสะท้อนเรียกว่า มุมสะท้อน
- ถ้าวัดออกมาแล้วก็จะได้ว่า มุมตกกระทบ = มุมสะท้อน
ขั้นตอนกระบวนการทั้งหมด 5 ขั้นตอนนี้ ก็สามารถนำไปสรุปเป็นกฎการสะท้อนได้เหมือนกับที่เขาเขียนไว้ในหนังสือนั่นเอง
การนำกฎการสะท้อนไปอธิบายการทดลองอื่นๆ
มีการเซ็ตการทดลองที่ผู้เขียนโปรแกรมได้จัดทำไว้แล้ว เกี่ยวกับการสะท้อน ที่น่าสนใจ มีดังนี้
Setup : Circle
เป็นการสะท้อนของคลื่นหน้าวงกลม กับกำแพงวงกลมที่ล้อมรอบ แหล่งกำเนิดคลื่นจะเป็นแบบไม่ต่อเนื่อง ( Pulse) เราสามารถย้ายตำแหน่งของแหล่งกำเนิดคลื่นได้
Setup : Ellipse
เป็นการสะท้อนของคลื่นหน้าวงกลม กับกำแพงโค้งรูปวงรี โดยแหล่งกำเินิดคลื่นอยู่ที่จุดโฟกัสจุดหนึ่งของวงรี แหล่งกำเนิดคลื่นเป็นแบบ Pulse และสามารถย้ายตำแหน่งได้เช่นกัน
Setup: Parabolic Mirror 1 และ Paralbolic Mirror 2
เป็นการสะท้อนของคลื่นที่ผิวแบบพาราโบลิค โดยชุดที่ 1 เป็นแหล่งกำเนิดคลื่นเป็นจุดอยู่ที่โฟกัสของผิวโค้ง ส่วนชุดที่ 2 เป็นคลื่นหน้าตรงอยู่ในแนวขนานกับเส้นไดเรกติกส์ของผิว
Setup: Lloyd's Mirror
เป็นการสะท้อนของแหล่งกำเนิดคลื่นเป็นจุด กับผิวสะท้อนราบ
บทความนี้น่าจะยาวเกินไปแล้ว แต่ก็มีอะไรให้เล่นเยอะ จึงอดไม่ได้ที่จะเอามาเล่าให้ฟัง หากเราจะทำการวิเคราะห์ ก็ใช้วิธีการเช่นเดิม คือ จับภาพหน้าจอ จากนั้นก็โยนใส่โปรแกรมประเภท Paint ซึ่งผมแนะนำให้ไปดาวน์โหลดโปรแกรม Paint.NET มาใช้ เพราะมีลูกเล่นเยอะกว่า MS Paint เยอะ ทำเลเยอร์ได้ด้วย ซึ่งจะทำให้เราสามารถดำเนินการวิเคราะห์ภาพได้ง่ายขึ้น ถ้าใครมีข้อสงสัยเกี่ยวกับการใช้โปรแกรมเหล่านี้ ก็ทิ้งคำถามได้นะครับ
พบกันใหม่ตอนหน้าครับ :-)
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น