เล่นถาดคลื่นจำลอง ตอนการเลี้ยวเบน

คุณสมบัติพื้นฐานของคลื่นประการหนึ่ง ก็คือ การเลี้ยวเบน ภาษาอังกฤษ ใช้คำว่า diffraction คุณสมบัตินี้ก็เป็นอีกคุณสมบัติหนึ่งที่เป็นเอกลักษณ์เฉพาะของคลื่นเท่านั้น อนุภาคไม่สามารถมีคุณสมบัตินี้ได้  อันที่จริงอาจมีใครบางคนตั้งคำถามว่า แล้วตอนที่นักฟุตบอลเตะฟรีคิก แล้วบอลมันโค้งอย่างนั้นเรียกว่า "การเลี้ยวเบน" ได้ไหม ความจริงมันก็เลี้ยวอยู่นะ แต่ว่ามันคนละความหมายกับคำว่า "การเลี้ยวเบน" การเลี้ยวเบนของคลื่นนั้น

จากภาพลูกบอลโค้งอันเนื่องมาจากการที่ลูกบอลหมุนรอบตัวเองระหว่างการเคลื่อนที่ ซึ่งการอธิบายนั้นสามารถใช้ หลักของแบร์นูลลีมาอธิบาย ซึ่งเป็นไปตามหลักการทางกลศาสตร์ 

สำหรับการเลี้ยวเบนของคลื่น นั้นสามารถเซ็ตการทดลองดูได้ที่ http://www.falstad.com/ripple/ แล้วเลือก obstacle ดังภาพ

จะเห็นว่าแหล่งกำเนิดคลื่นถูกนำไปวางไว้หลังกำแพง คลื่นหน้าวงกลมเคลื่อนที่โดยรอบ โดยดูจากริ้วขาว-ดำ ที่เข้มมาก ส่วนที่อยู่ด้านหลังกำแพงก็คือ คลื่นที่อ้อมกำแพงมานั่นเอง ซึ่งจะเห็นว่า อ้อมมาทั้งสองด้าน ที่เราสามารถสังเกตได้ก็คือ ริ้วสีเทาเข้ม กับเทาอ่อน ซึ่งแสดงให้เห็นว่าแอมพลิจูดของคลื่นมีค่าลดลง

ส่วนริ้วเทาๆ ที่ดูเป็นแนวคล้ายๆ เส้นตรงนั้นเกิดจากการที่คลื่นที่เลี้ยวเบนจากสองฝั่งของสิ่งกีดขวางมารวมกันอีกครั้งหนึ่ง ซึ่งทำให้เกิดริ้วของการแทรกสอดขึ้นอีกทีหนึ่งนั่นเอง

คำอธิบายเกี่ยวกับการเลี้ยวเบน

Christian Huygens คือ ผู้ที่ให้คำอธิบายเกี่ยวกับการเลี้ยวเบนของคลื่น โดยกล่าวว่า ทุกๆ ตำแหน่งบนหน้าคลื่น จะเสมือนแหล่งกำเนิดคลื่นหน้าวงกลมใหม่ที่ส่งคลื่นออกด้วยความยาวคลื่นเท่าเดิม

คลื่นหน้าวงกลมที่กำเนิดขึ้นใหม่ ตามคำอธิบายของ Huygens ณ ตำแหน่งที่บริเวณขอบกำแพงก็จะเสมือนแหล่งกำเนิดคลื่นหน้าวงกลมใหม่ ที่ทำให้คลื่นแผ่นไปด้านหลังของกำแพงได้นั่นเอง

อันที่จริงการเกิดการเลี้ยวเบนนั้นเป็นปรากฎการณ์ที่เราสังเกตเห็นจากการทดลองในถาดคลื่นได้ไม่ยาก แต่หากไม่รู้หลักของฮอยเกนส์ (Huygens' Principle) ก็อาจจะงงเหมือนกันว่าจะอธิบายได้อย่างไร

สำหรับแอพเพล็ตถาดคลื่นจำลองนั้นมีชุดทดลองเกี่ยวกับการเลี้ยวเบนอยู่หลายอย่างด้วยกัน ซึ่งผู้เรียนสามารถทำการทดลองได้ด้วยตนเอง เช่น

• setup : Single Slit
• setup : Double Slit
• setup : Triple Slit
• setup : Half Plane
• setup : Baffled Piston

และอื่นๆ