เสียงเป็นพลังงานชนิดหนึ่งที่เคลื่อนที่ผ่านอากาศ ของเหลว และของแข็งในรูปของคลื่น มันมีบทบาทสำคัญในชีวิตประจำวันของเรา ทำให้เราสามารถสื่อสาร เพลิดเพลินกับเสียงเพลง และแม้แต่นำทางไปรอบ ๆ ตัวเรา บทเรียนนี้จะเจาะลึกถึงพื้นฐานของคลื่นเสียง สำรวจคุณสมบัติ พฤติกรรม และผลกระทบของคลื่นเสียง
คลื่นเสียงคือการสั่นสะเทือนที่เดินทางผ่านตัวกลาง (อากาศ น้ำ หรือของแข็ง) อันเป็นผลจากการเคลื่อนที่ของวัตถุ การสั่นสะเทือนเหล่านี้ทำให้อนุภาคในตัวกลางเคลื่อนที่ไปมาจากตำแหน่งพัก ทำให้เกิดบริเวณที่มีการบีบอัดและเกิดปฏิกิริยาบริสุทธิ์ คลื่นเสียงเป็นคลื่นตามยาว ซึ่งหมายความว่าการเคลื่อนที่ของอนุภาคขนานกับทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่น
คลื่นเสียงมีลักษณะสำคัญหลายประการที่กำหนดวิธีที่เรารับรู้เสียง:
ความเร็วของเสียงได้รับผลกระทบจากตัวกลางที่มันเคลื่อนที่ผ่าน และโดยทั่วไปในของแข็งและของเหลวจะเร็วกว่าในก๊าซ สูตรคำนวณความเร็วเสียงในอากาศที่อุณหภูมิห้อง (20°C) คือ
\( v = 343 \, \textrm{นางสาว} \)โดยที่ \(v\) คือความเร็วของเสียงมีหน่วยเป็นเมตรต่อวินาที (m/s)
คลื่นเสียงเข้าสู่หูของเราและทำให้แก้วหูของเราสั่นสะเทือน การสั่นสะเทือนเหล่านี้จะถูกส่งผ่านกระดูกเล็กๆ ในหูชั้นกลางของเรา และแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าโดยโคเคลียในหูชั้นใน สมองของเราจึงตีความสัญญาณเหล่านี้เป็นเสียง
คลื่นเสียงสามารถสะท้อนออกจากพื้นผิวได้ ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการสะท้อน นี่คือหลักการเบื้องหลังเสียงสะท้อน คุณภาพของเสียงที่สะท้อนนั้นขึ้นอยู่กับพื้นผิวของพื้นผิวและมุมตกกระทบ
การหักเหเกิดขึ้นเมื่อคลื่นเสียงเดินทางจากตัวกลางหนึ่งไปอีกตัวหนึ่ง ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความเร็วและทิศทาง ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดเอฟเฟกต์ที่น่าสนใจ เช่น การเปลี่ยนแปลงระดับเสียงของแหล่งกำเนิดเสียงที่กำลังเคลื่อนไหว (เอฟเฟกต์ Doppler)
เมื่อคลื่นเสียงตั้งแต่สองตัวขึ้นไปมาบรรจบกัน คลื่นเสียงเหล่านี้จะรบกวนซึ่งกันและกัน ซึ่งอาจส่งผลให้บริเวณที่มีความเข้มเพิ่มขึ้น (การรบกวนเชิงสร้างสรรค์) หรือความเข้มลดลง (การรบกวนเชิงทำลาย) ส่งผลต่อความดังและคุณภาพของเสียง
ตัวอย่างของการทำงานของคลื่นเสียงคือส้อมเสียง เมื่อกระแทกจะสั่นสะเทือนด้วยความถี่ที่กำหนด ทำให้เกิดคลื่นเสียงที่เคลื่อนที่ผ่านอากาศและสามารถได้ยินได้
การทดลองง่ายๆ เพื่อสาธิตการสะท้อนของเสียงคือการตะโกนหรือตบมือในห้องว่างหรือในหุบเขา เสียงสะท้อนที่ได้ยินคือคลื่นเสียงที่สะท้อนกลับ
หากต้องการสำรวจผลกระทบของสื่อต่อเสียง คุณสามารถแตะบนโต๊ะแล้วกดหูแนบกับโต๊ะได้ เสียงที่ได้ยินผ่านโต๊ะทึบจะดังกว่าและชัดเจนกว่าเสียงที่ส่งผ่านอากาศ แสดงให้เห็นว่าเสียงเดินทางได้เร็วกว่าและมีการสูญเสียพลังงานในของแข็งน้อยกว่า
คลื่นเสียงพบการใช้งานในหลายสาขา รวมถึงการแพทย์ (การถ่ายภาพอัลตราซาวนด์) การนำทางและการทำแผนที่ (โซนาร์) และแม้แต่การทำความสะอาด (โดยใช้เครื่องทำความสะอาดอัลตราโซนิก) การทำความเข้าใจหลักการของคลื่นเสียงทำให้เกิดความก้าวหน้าในด้านเหล่านี้และด้านอื่นๆ อีกมากมาย
คลื่นเสียงเป็นส่วนที่น่าสนใจและเป็นส่วนสำคัญของโลกของเรา ซึ่งมีอิทธิพลต่อทุกสิ่งตั้งแต่การสื่อสารไปจนถึงเทคโนโลยี ด้วยการสำรวจคุณสมบัติ พฤติกรรม และการใช้งานทำให้เราเข้าใจศาสตร์แห่งเสียงและผลกระทบที่มีต่อชีวิตของเรามากขึ้น
