เล่นถาดคลื่นแบบซิมูเลชั่น ตอน3

มาถึงตอนที่ 3 แล้วสำหรับแอพเพล็ทจำลองถาดคลื่น ซึ่งในตอนนี้จะแนะนำการทดลองการหักเหของคลื่น เช่นเคย ก็จะใช้แอพเพล็ทจาก http://www.falstad.com/ripple/ เหมือนเดิม

แต่ก่อนที่จะไปเซ็ตการทดลอง ผมขอกล่าวถึงตัวความรู้เกี่ยวกับคลื่นนิดนึง ในส่วนของคุณสมบัติคลื่น ถ้าเราค้นหาในอินเทอร์เนต ก็จะพบว่าคลื่นมีคุณสมบัติพื้นฐาน 4 ข้อ ด้วยกัน คือ

1. การสะท้อน
2. การหักเห
3. การแทรกสอด
4. การเลี้ยวเบน

คุณสมบัติทั้ง 4 ข้อนี้ ถือเป็นพื้นฐานที่สำคัญของคลื่น การสะท้อนเป็นปรากฏการณ์ที่คลื่นเคลื่อนที่ไปเจออุปสรรคเข้า มันก็เปลี่ยนทิศทางโดยหักกลับเข้ามาในตัวกลางเดิม 

การสะท้อนนั้นเราได้เซ็ตการทดลองแล้วในตอนที่ 2 โดยคลื่นจะสะท้อนก็ต่อเมื่อมันเคลื่อนที่ไปเจออุปสรรคเข้า แล้วก็เปลี่ยนทิศทางหักกลับเข้ามาในตัวกลางเดิม การอธิบายปรากฏการณ์การสะท้อนเราใช้กฎการสะท้อน ดังได้กล่าวมาแล้ว 

 ส่วนการหักเหเป็นปรากฏการณ์ที่คลื่นผ่านตัวกลางที่มีคุณสมบัติแตกต่างกัน ซึ่งเป็นผลทำให้อัตราเร็วของคลื่นเปลี่ยน จนเกิดการหักเหเส้นทางขึ้น  ดังนั้นการจะเซ็ตการทดลองเพื่อดูการหักเหของคลื่น ก็เพียงแต่ทำให้ตัวกลางที่คลื่นจะเคลื่อนที่ผ่านมีความแตกต่างกันแล้วก็ทดลองปล่อยคลื่นผ่านตัวกลางที่แตกต่างกันนั้นดู 

แต่แอพเพล็ทที่จะกล่าวถึงในตอนต้นนั้น การเปลี่ยนแปลงแก้ไขตัวกลางทำได้ค่อนข้างยาก ผมจึงไม่ขอเซ็ตการทดลองเองแต่จะใช้ชุดทดลองที่โปรแกรมเมอร์เขาได้เขียนโปรแกรมไว้แล้วมาทำการทดลองเลย

เริ่มการทดลอง

เมื่อเริ่มเปิดแอพเพล็ทขึ้นมา ก็ Stopped และเลือก Color Scheme เหมือนที่เซ็ตมาก่อนหน้านี้ (ตอนที่ 1 และตอนที่ 2) ที่ตัวควบคุมแถวที่ 1 ให้เลือก Setup: Refraction ดังภาพ

เมื่อเลือกรายการนี้แล้ว ภาพก็จะเปลี่ยนหน้าตาดังแสดงในภาพ

ทดลองปล่อยคลื่นออกมา โดยยกเลิกการ Stopped

จับภาพหน้าจอ โดยการกดปุ่ม Alt+PrintScreen แล้วเปิดโปรแกรม Paint.NET เพื่อทำการวิเคราะห์

นำภาพที่ได้จากการแคปเจอร์หน้าจอมา จากนั้นสร้างเลเยอร์ใหม่ทับแล้วใช้เครื่องมือเส้นตรง ลากเส้นที่ตั้งฉากกับหน้าคลื่น ทั้งคลื่นกระทบ และ คลื่นหักเห หร้อมทั้งเส้นแนวฉาก ดังภาพ

ยกเลิกการแสดงผลของเลเยอร์แรก ก็จะเห็นถึงแนวของรังสีตกกระทบและรังสีหักเห ดังแสดง

หากเราทำการวิเคราะห์เช่นนี้ กับกรณีของแหล่งกำเนิดคลื่นที่วางเอียงทำมุมอื่นๆ และวัดมุมหาความสัมพันธ์ระหว่างค่า sin ของมุมตกกระทบ ต่อค่า sin ของมุมหักเห เราก็จะสามารถพิสูจน์กฎของสเนลล์ได้