การจำแนกคลื่น 

คลื่น สามารถจำแนกได้หลายวิธี เช่น

1. จำแนกคลื่นตามความจำเป็นของการใช้ตัวกลางในการแผ่การจำแนกประเภทนี้สามารถแบ่งคลื่นออกได้ 2 ชนิดคือ

ก.คลื่นกล (Mechanical Wave)เป็นคลื่นที่จำเป็นต้องอาศัยตัวกลางในการแผ่คลื่นประเภทนี้ เช่น คลื่นน้ำ คลื่นในเส้นเชือก คลื่นเสียง เป็นต้น

ข.คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Wave)เป็นคลื่นที่เกิดจากการเหนี่ยวนำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า ในทิศทางตั้งฉากซึ่งกันและกัน และต่างก็ตั้งฉากกับทิศทางของการแผ่ของคลื่น คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถแผ่ไปในบริเวณสุญญากาศซึ่งไม่มีตัวกลางอยู่เลย หรือแผ่ผ่านบริเวณที่มีตัวกลางต่างๆ ก็ได้ คลื่นประเภทนี้ เช่น คลื่นวิทยุ เรดาร์ ไมโครเวฟ แสง รังสีอัลตราไวโอเลต รังสีเอกซ์ เป็นต้น

2. จำแนกคลื่นตามลักษณะของการสั่นของแหล่งกำเนิด หรือตามลักษณะการแผ่การจำแนกประเภทนี้ แบ่งคลื่นออกได้ 2 ชนิดคือ

ก.คลื่นตามขวาง (Transverse Waves)เป็นคลื่นที่มีทิศทางการสั่นของตัวกลางหรือทศทางการเปลี่ยนแปลง ตั้งฉากกับทิศทางการแผ่ (ทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่น) เช่น คลื่นในเส้นเชือก คลื่นน้ำ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ดังนั้น คลื่นตามขวางอาจมีทั้งคลื่นกลและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าก็ได้

ข.คลื่นตามยาว (Longitudinal Wave)เป็นคลื่นที่มีทิศทางการสั่นของตัวกลางอยู่ในแนวขนานกับการเคลื่อนที่ของคลื่น เช่น คลื่นเสียง คลื่นที่เกิดจากการอัดและการขยายตัวในขดลวดสปริง เป็นต้น ดังนั้นคลื่นตามยาวทุกชนิดจะเป็นคลื่นกลด้วยกันทั้งสิ้น

3. จำแนกตามความต่อเนื่องของแหล่งกำเนิดการจำแนกประเภทนี้แบ่งคลื่นออกได้ 2 ชนิด คือ

ก.คลื่นดล (Pulse Wave)เป็นคลื่นที่เกิดจากแหล่งกำเนิดสั่น หรือรบกวนตัวกลางเป็นช่วงเวลาสั้นๆ ทำให้เกิดคลื่นแผ่ออกไปเป็นจำนวนน้อยๆ เพียง 1 หรือ 2 คลื่น เช่น การใช้นิ้วจุ่มที่ผิวน้ำเพียงครั้งหรือ 2 ครั้ง หรือการสะบัดเชือก เพื่อให้เกิดคลื่นในเส้นเชือกเพียงครั้งหรือ 2 ครั้ง

คลื่นต่อเนื่อง (Continuous Wave)เป็นคลื่นที่เกิดจากแหล่งกำเนิดสั่น หรือรบกวนตัวกลางอย่างต่อเนื่อง ทำให้เกิดคลื่นแผ่ออกไปเป็นขบวนอย่างต่อเนื่อง เช่น การเกิดคลื่นผิวน้ำเนื่องจากแหล่งกำเนิดติดกับมอเตอร์ เมื่อมอเตอร์หมุนแหล่งกำเนิดจะเกิดการสั่นอย่างต่อเนื่อง ทำให้เกิดคลื่นผิวน้ำแผ่ออกไปเป็นขบวนอย่างต่อเนื่อง หรือการสะบัดเชือกอย่างต่อเนื่องทำให้เกิดคลื่นในเชือกอย่างต่อเนื่อง ดังรูป

คลื่นกับการส่งผ่านพลังงาน 

จากการพิจารณาพบว่า เมื่อมีคลื่นเกิดขึ้น คลื่นจะเคลื่อนที่หรือแผ่ออกไปโดยจะมีสิ่งหนึ่งไปพร้อมกับคลื่นด้วย สิ่งนั้นก็คือพลังงานเช่น ขณะคลื่นผิวน้ำเคลื่อนที่ไปตกกระทบกับใบไม้ที่ลอยนิ่งๆ บนผิวน้ำจะทำให้ใบไม้เกิดการสั่นขึ้นสั่นลงการที่ใบไม้สั้นขึ้นสั้นลงได้ต้องได้รับพลังงาน ซึ่งพลังงานที่ว่านี้ก็มาจากคลื่นผิวน้ำเพราะเมื่อคลื่นผิวน้ำเคลื่อนที่ผ่านไปแล้ว ใบไม้จะหยุดการเคลื่อนที่ลอยนิ่งอยู่บนผิวน้ำเหมือนเดิมหรือในการศึกษาในเรื่องคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกชนิด ก็จะมีการพาพลังงานไปกับคลื่นได้ด้วย

ดังนั้นจึงอาจให้ความหมายของคลื่นว่าเป็นปรากฏการณ์ที่แสดงการถ่ายทอดพลังงานจากแหล่งกำเนิดออกไปยังบริเวณโดยรอบ

คลื่นบนเส้นเชือก และคลื่นผิวน้ำ

การศึกษาที่ง่ายที่สุด สามารถเห็นคลื่นได้ชัดเจน คือ คลื่นบนเส้นเชือกและคลื่นผิวน้ำ

1. การเกิดคลื่นบนเส้นเชือก ทำได้โดยใช้เชือกที่ยาพอสมควร และมีขนาดไม่ใหญ่มากนัก ปลายข้างหนึ่งผูกยึดตรึงแน่น จับปลายเชือกอีกข้างหนึ่งดึงให้เชือกตึง แล้วสะบัดปลายเชือกขึ้นลงตามแนวดิ่ง

เมื่อพิจารณาขณะเกิดคลื่นในเส้นเชือก อนุภาคของเส้นเชือกจะเคลื่อนที่ขึ้นลงในแนวดิ่ง กลับไปกลับมาซ้ำรอยเดิมซึ่งเป็นการเคลื่อนที่แบบพีริออดิก และความสัมพันธ์ระหว่างการกระจัดความเร็วและความเร่งของวัตถุกับเวลาอยู่ในรูปของฟังก์ชันไซน์หรือโคไซน์ การเคลื่อนที่ของอนุภาคจะเป็นหารเคลื่อนที่แบบซิมเปิลฮาร์มอนิก

2. คลื่นผิวน้ำ (Surface Water Wave) การเกิดคลื่นผิวน้ำก็คล้ายกับการเกิดคลื่นบนเส้นเชือก คือ ต้องมีตัวกลาง (ในที่นี้คือ น้ำ) มีแหล่งกำเนิด (เช่น นิ้วมือ, วัตถุต่างๆ) เมื่อเราทำให้แหล่งกำเนิดรบกวนบริเวณผิวน้ำ เช่น ใช้นิ้วมือจุ่มน้ำหรือเอาวัตถุตกกระทบผิวน้ำ ก็จะเกิดคลื่นผิวน้ำเคลื่อนที่ออกจากแหล่งกำเนิดออกไป

ส่วนประกอบของคลื่น

เมื่อพิจารณาลักษณะของคลื่นผิวน้ำ หรือคลื่นบนเส้นเชือกอย่างต่อเนื่อง ที่เกิดจากแหล่งกำเนิดสั่นอย่างสม่ำเสมอ ณ เวลาใดเวลาหนึ่ง ตำแหน่งต่างๆ ของตัวกลาง (ผิวน้ำ หรือเส้นเชือก) จะขยับขึ้นลงจากระดับปกติ หรือเรียกว่าแนวสมดุลเดิมถึงตำแหน่งนั้น เรียกว่าการกระจัด (Displacement)(การกระจัด ณ ตำแหน่งใดๆ บนคลื่นหาได้จากความยาวของเส้นตั้งฉากจากระดับปกติถึงตำแน่งนั้นๆ)

- การกระจัดมีค่าเป็นบวก ( + ) สำหรับตำแหน่งที่สูงกว่าระดับปกติ

- การกระจัดมีค่าเป็นลบ ( - ) สำหรับตำแหน่งที่ต่ำกว่าระดับปกติ

รูปร่างคลื่นบนเส้นเชือกและคลื่นบนผิวน้ำที่เกิดขึ้นเป็นรูปไซน์(sine wave หรือ sinusoidal wave)

1.สันคลื่นหรือยอดคลื่น (Crest)คือ ตำแหน่งที่มีการกระจัดบวกมากที่สุด เหนือระดับปกติ

2.ท้องคลื่น (Trough)คือ ตำแหน่งที่มีการกระจัดลบมากที่สุดต่ำกว่าระดับปกติ

3.แอมพลิจูด (Amplitude ; A)คือ การกระจัดสูงสุดของคลื่นจากระดับปกติหรือความสูงของสันคลื่น หรือความสูงของท้องคลื่นจากระดับปกติ แอมพลิจูดอาจเรียกอีกอย่างหนึ่งว่าช่วงกว้างของคลื่น 

ค่าของแอมพลิจูดจะบอกค่าของพลังงานของคลื่นได้โดยพลังจะแปรโดยตรงกับแอมพลิจูดคือ

- แอมพลิจูดมีค่ามาก พลังงานของคลื่นจะมีค่ามากด้วย

- แอมพลิจูดมีค่าน้อย พลังงานของคลื่นจะมีค่าน้อยด้วย

4.ความยาวคลื่นคือ ความยาวของคลื่น 1 ลูกคลื่นหรือเป็นระยะห่างจากสันคลื่นถึงสันคลื่นที่ติดกันหรือระยะห่างจากท้องคลื่นถึงท้องคลื่นที่ติดกัน

5.คาบ (Period ; T)คือเวลาที่จุดใดๆ บนตัวกลางสั่นครบ 1 รอบหรือเป็นเวลาที่เกิดคลื่น 1 ลูก หรือเวลาที่คลื่นไปได้ไกล 1 ลุกคลื่น คาบมีหน่วยเป็นวินาทีต่อลูก หรือวินาที (s)

6.ความถี่ (frequency ; f)คือ จำนวนลูกคลื่นที่เกิดขึ้นใน 1 หน่วยเวลา หรือจำนวนลูกคลื่นที่เคลื่อนที่ผ่านจุดคงที่ในเวลา 1 หน่วย และความถี่ของคลื่นจะมีค่าเท่ากับความถี่ของการสั่นของแหล่งกำเนิดหมายความว่าแหล่งกำเนิดสั่นครบ 1 รอบ จะเกิดคลื่น 1 ลูก ความถี่มีหน่วยเป็นลูกคลื่นต่อวินาที, รอบต่อวินาที, หรือ Hertz (HZ)

ความสัมพันธ์ระหว่างคาบ (T) และความถี่ (f)

จากนิยามคาบ (T) และความถี่ (f)

ในเวลา T วินาที คลื่นเคลื่อนผ่านจุดใดจุดหนึ่งได้ 1 ลูกคลื่น

ในเวลา 1 วินาที คลื่นเคลื่อนผ่านจุดใดจุดหนึ่งได้ ลูกคลื่น

เนื่องจากจำนวนลูกคลื่นที่เกิดใน 1 วินาที คือ ความถี่ (f)

 ถาดคลื่น (Ripple Tank)

ถาดคลื่น เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการทดลองเกี่ยวกับคลื่นน้ำ

การศึกษาเกี่ยวกับคลื่นน้ำโดยใช้ถาดคลื่นเราไม่ได้ดูคลื่นผิวน้ำโดยตรง แต่จะดูจากความเข้มแสงที่ผ่านคลื่นในถาดคลื่น ทำให้เกิดเงาที่พื้นใต้ถาดคลื่น ทำให้เราสามารถศึกษาสมบัติต่างๆ ของคลื่นได้จากเงา การทำงานของถาดคลื่นทำได้โดยปรับให้มอเตอร์หมุน คาน และปุ่มกลมที่ติดอยู่กับคานจะสั่นขึ้นลงกระทบผิวน้ำในส่วนที่โค้งขึ้น เสมือนแสงตกกระทบเลนส์นูน แสงที่ผ่านลงด้านล่างจะเกิดการรวมแสงกัน ทำให้เกิดแถบสว่างบนแผ่นกระดาษขาวที่วางอยู่ใต้ถาดคลื่น เมื่อแสงจากหลอดไฟส่องกระทบผิวน้ำในส่วนที่โค้งลงจะเสมือนแสงตกกระทบเลนส์เว้า แสงที่ผ่านลงด้านล่างจะเกิดการกระจายแสงทำให้เกิดแถบมืดบนแผ่นกระดาษ ดังรูป

จากรูป ภาพของคลื่นผิวน้ำที่ปรากฎบนกระดาษขาวใต้ถาดคลื่น คือ แถบมืดและแถบสว่างสลับกันไป

- จุดกึ่งกลางของแถบมืดแสดงตำแหน่งของท้องคลื่น

- จุดกึ่งกลางของแถบสว่างแสดงตำแหน่งของสันคลื่น

หน้าคลื่น (Wave front)

หน้าคลื่นคือแนวทางเดินของตำแหน่งบนคลื่นที่มีเฟสเท่ากันเช่น แนวเส้นกลางของแถบสว่างซึ่งเกิดจากแนวของสันคลื่น และแนวเส้นกลางของแถบมืด ซึ่งเกิดจากแนวของท้องคลื่น ต่างก็เป็นหน้าคลื่นแต่โดยทั่วไป เมื่อกล่าวถึงหน้าคลื่น เราจะใช้แนวใดแนวหนึ่งเพียงแนวเดียว (แนวสันคลื่นหรือแนวท้องคลื่น) ดังรูป

1. หน้าคลื่นเส้นตรงเกิดจากแหล่งกำเนิดเป็นสันยาว เช่น ขอบของคานในถาดคลื่น สันไม่บรรทัดกระทบผิวน้ำ คลื่นผิวน้ำที่แผ่ออกมาจะมีหน้าคลื่นเป็นแนวเส้นตรง
2. หน้าคลื่นวงกลมเกิดจากแหล่งกำเนิดเป็นจุด เช่น ปุ่มกลมที่ติดกับคานในถาดคลื่น ปลายดินสอกระทบผิวน้ำคลื่นผิวน้ำที่แผ่ออกมาจะมีหน้าคลื่นเป็นแนววงกลม

จากรูป หน้าคลื่นจะตั้งฉากกับทิศทางของคลื่นเสมอ และหน้าคลื่นที่อยู่ถัดกันจะห่างกันเท่ากับ ความยาวคลื่น

ลักษณะของหน้าคลื่น

1. คลื่นหน้าตรงทิศทางคลื่นขนานกัน
2. คลื่นหน้าโค้งวงกลมทิศทางคลื่นเป็นแนวรัศมีขิงวงกลม
3. ทิศทางคลื่นจะตั้งฉากกับหน้าคลื่นเสมอ
4. หน้าคลื่นที่ติดกันจะห่างกันเท่ากับความยาวคลื่น

คลื่นดลและคลื่นต่อเนื่อง

คลื่นดล (Pulse wave) คือ คลื่นที่เกิดจากการรับกวนตัวกลางหรือแหล่งกำเนิดสั่นเพียงชั่วระยะเวลาสั้นๆ ทำให้เกิดคลื่นแผ่ออกไปเพียงกลุ่มหนึ่งมีจำนวนลูกคลื่นน้อยๆ เช่น การใช้ดินสอจุ่มลงที่ผิวน้ำ การใช้สันไม้บรรทัดสับลงบนผิวน้ำ, การสะบัดเชือก เป็นต้น

คลื่นต่อเนื่อง (Continuous wave) คือ คลื่นที่เกิดจากการรบกวนตัวกลางหรือแหล่งกำเนิดสั่นอย่างต่อเนื่อง ทำให้เกิดคลื่นแผ่ออกไปอย่างต่อเนื่องกันไม่ขาดตอน