โจทย์ฟิสิกส์เสียง ม.5 พร้อมเฉลย: ตะลุยโจทย์เข้าใจง่าย!

สวัสดีครับน้องๆ ม.5 ทุกคน! ใครที่กำลังปวดหัวกับเรื่องเสียงในวิชาฟิสิกส์อยู่บ้าง ยกมือขึ้น! ไม่ต้องกังวลไปครับ เพราะวันนี้พี่มีตัวช่วยเด็ดๆ มาให้น้องๆ ได้ ตะลุยโจทย์ฟิสิกส์เรื่องเสียง กันแบบจุใจ พร้อมเฉลยละเอียด เข้าใจง่าย เหมือนมีติวเตอร์ส่วนตัวมานั่งสอนข้างๆ เลยล่ะครับ รับรองว่าอ่านจบแล้ว เรื่องเสียงจะไม่ใช่เรื่องยากอีกต่อไปแน่นอน! มาเตรียมตัวให้พร้อม แล้วไปลุยกันเลย!

ทำไมต้องฝึกทำโจทย์ฟิสิกส์เรื่องเสียง?

ก่อนที่เราจะไปดูโจทย์และเฉลยกัน พี่ขอพูดถึงความสำคัญของการฝึกทำโจทย์กันก่อนนะครับ น้องๆ หลายคนอาจจะคิดว่า แค่เรียนเนื้อหาในห้องก็พอแล้ว แต่จริงๆ แล้ว การทำโจทย์เนี่ยแหละ คือ เคล็ดลับสำคัญ ที่จะช่วยให้น้องๆ เข้าใจเนื้อหาได้อย่างลึกซึ้ง และสามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้จริงในสนามสอบครับ

• เสริมความเข้าใจในเนื้อหา: การทำโจทย์ช่วยให้น้องๆ ได้ทบทวนเนื้อหาที่เรียนมา และเห็นภาพรวมของเรื่องนั้นๆ ได้ชัดเจนยิ่งขึ้น เมื่อเราได้ลองแก้ปัญหาด้วยตัวเอง เราจะรู้ว่าตรงไหนที่เรายังไม่เข้าใจ และต้องกลับไปทบทวนเพิ่มเติม
• พัฒนาทักษะการแก้ปัญหา: ฟิสิกส์เป็นวิชาที่เน้นการคิดวิเคราะห์และการแก้ปัญหา การทำโจทย์จึงเป็นเหมือนการฝึกสมองให้คิดอย่างเป็นระบบ และหาวิธีการแก้ปัญหาที่เหมาะสม การฝึกฝนทักษะนี้จะช่วยให้น้องๆ เก่งฟิสิกส์ขึ้นอย่างแน่นอน
• เตรียมความพร้อมสำหรับการสอบ: การสอบฟิสิกส์ส่วนใหญ่ จะเน้นการแก้โจทย์ปัญหา การฝึกทำโจทย์หลากหลายรูปแบบ จะช่วยให้น้องๆ คุ้นเคยกับแนวข้อสอบ และสามารถทำข้อสอบได้อย่างมั่นใจมากขึ้น
• เพิ่มความมั่นใจ: เมื่อน้องๆ ทำโจทย์ได้เยอะขึ้น และเข้าใจเนื้อหามากขึ้น ความมั่นใจในการทำข้อสอบก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย ความมั่นใจเป็นสิ่งสำคัญที่จะช่วยให้น้องๆ ทำข้อสอบได้ดีที่สุด

ดังนั้น การฝึกทำโจทย์ฟิสิกส์เรื่องเสียง จึงเป็นสิ่งที่น้องๆ ไม่ควรมองข้ามนะครับ ยิ่งทำเยอะ ยิ่งเก่ง! มาฝึกทำโจทย์ไปพร้อมๆ กัน แล้วน้องๆ จะเห็นว่าฟิสิกส์ไม่ได้ยากอย่างที่คิดครับ

สรุปเนื้อหาเรื่องเสียง ม.5 ฉบับเร่งรัด

ก่อนที่เราจะไปตะลุยโจทย์กัน พี่ขอสรุปเนื้อหาเรื่องเสียง ม.5 แบบเร่งรัด ให้น้องๆ ได้ทบทวนกันก่อนนะครับ จะได้จำได้แม่นๆ และนำไปใช้ในการทำโจทย์ได้อย่างคล่องแคล่ว เรื่องเสียงในชั้น ม.5 นั้น ครอบคลุมเนื้อหาที่น่าสนใจหลายส่วน ซึ่งเป็นพื้นฐานสำคัญในการทำความเข้าใจปรากฏการณ์ทางเสียงต่างๆ ในชีวิตประจำวันของเราเลยทีเดียว มาดูกันว่ามีอะไรบ้าง:

1. ธรรมชาติของเสียง

เสียงคืออะไร? เสียงก็คือ คลื่นกลชนิดหนึ่ง ที่เกิดจากการสั่นสะเทือนของวัตถุ และเดินทางผ่านตัวกลาง เช่น อากาศ น้ำ หรือของแข็ง คลื่นเสียงเป็นคลื่นตามยาว ซึ่งหมายความว่าอนุภาคของตัวกลางจะสั่นในทิศทางเดียวกับทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่น เสียงเดินทางในอากาศด้วยความเร็วประมาณ 343 เมตรต่อวินาที (ที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียส) ความเร็วของเสียงจะแตกต่างกันไปในตัวกลางต่างๆ โดยเสียงจะเดินทางได้เร็วที่สุดในของแข็ง รองลงมาคือของเหลว และช้าที่สุดในอากาศ

• ความถี่ (Frequency): คือ จำนวนรอบของการสั่นต่อวินาที มีหน่วยเป็นเฮิรตซ์ (Hz) ความถี่ของเสียงเป็นตัวกำหนดระดับเสียง สูงหรือต่ำ ถ้าความถี่สูง เสียงก็จะสูง ถ้าความถี่ต่ำ เสียงก็จะต่ำ ช่วงความถี่ที่มนุษย์สามารถได้ยินคือ 20-20,000 Hz
• ความยาวคลื่น (Wavelength): คือ ระยะทางระหว่างจุดสองจุดบนคลื่นที่มีเฟสตรงกัน เช่น ระยะห่างระหว่างยอดคลื่นสองยอด หรือท้องคลื่นสองท้อง ความยาวคลื่นมีความสัมพันธ์กับความถี่และความเร็วของเสียง โดยความยาวคลื่น = ความเร็วเสียง / ความถี่
• แอมพลิจูด (Amplitude): คือ ขนาดของการกระจัดของอนุภาคจากตำแหน่งสมดุล แอมพลิจูดของเสียงเป็นตัวกำหนดความดังของเสียง ถ้าแอมพลิจูดสูง เสียงก็จะดัง ถ้าแอมพลิจูดต่ำ เสียงก็จะเบา

2. ปรากฏการณ์ของเสียง

• การสะท้อน (Reflection): เมื่อคลื่นเสียงเดินทางไปกระทบสิ่งกีดขวาง คลื่นเสียงจะสะท้อนกลับมา เราได้ยินเสียงสะท้อนเมื่อเวลาที่เสียงเดินทางไปและกลับมาถึงหูเราแตกต่างจากเสียงเดิมอย่างน้อย 0.1 วินาที ปรากฏการณ์นี้ถูกนำไปใช้ในเทคโนโลยีต่างๆ เช่น การหาความลึกของทะเลด้วยโซนาร์
• การหักเห (Refraction): เมื่อคลื่นเสียงเดินทางผ่านตัวกลางที่มีความหนาแน่นต่างกัน ความเร็วของเสียงจะเปลี่ยนไป ทำให้ทิศทางการเคลื่อนที่ของเสียงเบี่ยงเบนไปจากเดิม ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นเมื่อเสียงเดินทางผ่านอากาศที่มีอุณหภูมิต่างกัน เช่น ในตอนกลางวัน อากาศใกล้พื้นดินร้อนกว่าอากาศด้านบน ทำให้เสียงหักเหขึ้นด้านบน ทำให้เราได้ยินเสียงในระยะไกลไม่ชัดเจนเท่าในตอนกลางคืน
• การแทรกสอด (Interference): เมื่อคลื่นเสียงสองขบวนมาซ้อนทับกัน จะเกิดการรวมกันของคลื่น ซึ่งอาจเป็นการเสริมกัน (constructive interference) ทำให้เสียงดังขึ้น หรือหักล้างกัน (destructive interference) ทำให้เสียงเบาลง ปรากฏการณ์นี้ถูกนำไปใช้ในการออกแบบระบบเสียงต่างๆ เช่น ลำโพงตัดเสียงรบกวน
• การเลี้ยวเบน (Diffraction): เมื่อคลื่นเสียงเดินทางผ่านช่องแคบ หรืออ้อมสิ่งกีดขวาง คลื่นเสียงจะแผ่กระจายออกไปด้านหลังสิ่งกีดขวาง ทำให้เราได้ยินเสียงแม้จะไม่ได้อยู่ในแนวเส้นตรงกับแหล่งกำเนิดเสียง ปรากฏการณ์นี้อธิบายว่าทำไมเราถึงได้ยินเสียงคนคุยกันในห้องข้างๆ แม้จะไม่ได้มองเห็น

3. ความเข้มเสียงและระดับเสียง

• ความเข้มเสียง (Sound Intensity): คือ พลังงานเสียงที่คลื่นเสียงส่งผ่านต่อหน่วยพื้นที่ต่อหน่วยเวลา มีหน่วยเป็น วัตต์ต่อตารางเมตร (W/m²) ความเข้มเสียงเป็นปริมาณที่บอกถึงความดังของเสียง ความเข้มเสียงจะลดลงเมื่อระยะห่างจากแหล่งกำเนิดเสียงเพิ่มขึ้น
• ระดับเสียง (Sound Level): คือ ปริมาณที่บอกถึงความดังของเสียงในเชิงจิตวิทยา มีหน่วยเป็น เดซิเบล (dB) ระดับเสียงมีความสัมพันธ์กับความเข้มเสียงในเชิงลอการิทึม ทำให้ระดับเสียงเพิ่มขึ้นไม่มาก แม้ความเข้มเสียงจะเพิ่มขึ้นมาก ระดับเสียงที่มนุษย์สามารถได้ยินคือ 0 dB (ระดับเสียงที่เบาที่สุด) ถึง 120 dB (ระดับเสียงที่ดังจนเป็นอันตราย)

4. ปรากฏการณ์ดอปเพลอร์ (Doppler Effect)

ปรากฏการณ์ดอปเพลอร์ คือ การเปลี่ยนแปลงความถี่ของเสียงที่ผู้สังเกตได้ยิน เมื่อแหล่งกำเนิดเสียงหรือผู้สังเกตเคลื่อนที่สัมพัทธ์กัน ถ้าแหล่งกำเนิดเสียงเคลื่อนที่เข้าหาผู้สังเกต ผู้สังเกตจะได้ยินเสียงที่มีความถี่สูงขึ้น (เสียงสูงขึ้น) ถ้าแหล่งกำเนิดเสียงเคลื่อนที่ออกจากผู้สังเกต ผู้สังเกตจะได้ยินเสียงที่มีความถี่ต่ำลง (เสียงต่ำลง) ปรากฏการณ์นี้ถูกนำไปใช้ในเทคโนโลยีต่างๆ เช่น เรดาร์ตรวจจับความเร็ว

ตะลุยโจทย์ฟิสิกส์เสียง ม.5 พร้อมเฉลยละเอียด

เอาล่ะครับ! หลังจากที่เราได้ทบทวนเนื้อหากันไปแล้ว ก็ถึงเวลาที่เราจะมา ตะลุยโจทย์ฟิสิกส์เสียง ม.5 กันแล้วครับ พี่ได้รวบรวมโจทย์ที่น่าสนใจ และครอบคลุมเนื้อหาต่างๆ ที่เราได้เรียนกันไป พร้อมเฉลยละเอียดแบบ Step-by-Step ให้น้องๆ ได้ฝึกทำกันอย่างเต็มที่ รับรองว่าทำตามได้แน่นอน! มาดูกันเลยครับ

โจทย์ข้อที่ 1:

แหล่งกำเนิดเสียงปล่อยคลื่นเสียงที่มีความถี่ 440 Hz ในอากาศที่มีอุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส จงหาความยาวคลื่นของเสียงนี้

วิธีทำ:

1. หาความเร็วเสียงในอากาศ: ความเร็วเสียงในอากาศขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ สามารถคำนวณได้จากสูตร

   v = 331 + 0.6T

   เมื่อ v คือ ความเร็วเสียง (เมตรต่อวินาที) และ T คือ อุณหภูมิ (องศาเซลเซียส)

   ดังนั้น v = 331 + 0.6(25) = 346 m/s

2. ใช้สูตรความสัมพันธ์ระหว่างความเร็ว ความถี่ และความยาวคลื่น:

   v = fλ

   เมื่อ v คือ ความเร็วเสียง (เมตรต่อวินาที), f คือ ความถี่ (เฮิรตซ์), และ λ คือ ความยาวคลื่น (เมตร)

   ดังนั้น λ = v / f = 346 / 440 = 0.786 เมตร

ตอบ: ความยาวคลื่นของเสียงนี้คือ 0.786 เมตร

โจทย์ข้อที่ 2:

ชายคนหนึ่งยืนอยู่ห่างจากหน้าผา 171.5 เมตร เขาตะโกนออกไป และได้ยินเสียงสะท้อนกลับมาในเวลา 1 วินาที จงหาความเร็วของเสียงในอากาศ

วิธีทำ:

1. คำนวณระยะทางที่เสียงเดินทาง: เสียงเดินทางไปกระทบหน้าผา แล้วสะท้อนกลับมา ดังนั้นระยะทางที่เสียงเดินทางทั้งหมดคือ 2 เท่าของระยะห่างจากหน้าผา

   ระยะทาง = 2 * 171.5 = 343 เมตร

2. ใช้สูตรความเร็ว = ระยะทาง / เวลา:

   v = d / t

   เมื่อ v คือ ความเร็วเสียง (เมตรต่อวินาที), d คือ ระยะทาง (เมตร), และ t คือ เวลา (วินาที)

   ดังนั้น v = 343 / 1 = 343 m/s

ตอบ: ความเร็วของเสียงในอากาศคือ 343 เมตรต่อวินาที

โจทย์ข้อที่ 3:

แหล่งกำเนิดเสียงสองแหล่ง ปล่อยเสียงที่มีความถี่ 500 Hz และ 504 Hz พร้อมกัน ผู้ฟังจะได้ยินเสียงบีต (beat) ด้วยความถี่เท่าใด

วิธีทำ:

• ความถี่บีต (beat frequency) คือ ผลต่างของความถี่ของเสียงสองเสียง:

  f_beat = |f1 - f2|

  เมื่อ f_beat คือ ความถี่บีต (เฮิรตซ์), f1 คือ ความถี่ของเสียงแหล่งที่ 1 (เฮิรตซ์), และ f2 คือ ความถี่ของเสียงแหล่งที่ 2 (เฮิรตซ์)

  ดังนั้น f_beat = |500 - 504| = 4 Hz

ตอบ: ผู้ฟังจะได้ยินเสียงบีตด้วยความถี่ 4 เฮิรตซ์

โจทย์ข้อที่ 4:

รถไฟกำลังเคลื่อนที่เข้าหาสถานีด้วยความเร็ว 20 เมตรต่อวินาที รถไฟเปิดหวูดที่มีความถี่ 320 Hz ชายคนหนึ่งยืนรอรถไฟอยู่ที่สถานี จะได้ยินเสียงหวูดรถไฟด้วยความถี่เท่าใด (ความเร็วเสียงในอากาศคือ 340 เมตรต่อวินาที)

วิธีทำ:

• ใช้สูตรปรากฏการณ์ดอปเพลอร์:

  f' = f (v + v_o) / (v - v_s)

  เมื่อ f' คือ ความถี่ที่ผู้สังเกตได้ยิน (เฮิรตซ์), f คือ ความถี่ของแหล่งกำเนิดเสียง (เฮิรตซ์), v คือ ความเร็วเสียงในอากาศ (เมตรต่อวินาที), v_o คือ ความเร็วของผู้สังเกต (เมตรต่อวินาที), และ v_s คือ ความเร็วของแหล่งกำเนิดเสียง (เมตรต่อวินาที)

  ในที่นี้ ผู้สังเกตอยู่นิ่ง ดังนั้น v_o = 0

  ดังนั้น f' = 320 (340 + 0) / (340 - 20) = 320 * 340 / 320 = 340 Hz

ตอบ: ชายคนนั้นจะได้ยินเสียงหวูดรถไฟด้วยความถี่ 340 เฮิรตซ์

โจทย์ข้อที่ 5:

แหล่งกำเนิดเสียงปล่อยเสียงที่มีความเข้ม 10^-6 W/m² ที่ระยะห่าง 10 เมตร จากแหล่งกำเนิดเสียง ระดับเสียงที่ระยะห่างนี้เป็นเท่าใด

วิธีทำ:

• ใช้สูตรความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มเสียงและระดับเสียง:

  β = 10 log(I / I_0)

  เมื่อ β คือ ระดับเสียง (เดซิเบล), I คือ ความเข้มเสียง (W/m²), และ I_0 คือ ความเข้มเสียงอ้างอิง (threshold of hearing) ซึ่งมีค่าเท่ากับ 10^-12 W/m²

  ดังนั้น β = 10 log(10^-6 / 10^-12) = 10 log(10^6) = 10 * 6 = 60 dB

ตอบ: ระดับเสียงที่ระยะห่าง 10 เมตร คือ 60 เดซิเบล

เคล็ดลับเพิ่มเติมในการทำโจทย์ฟิสิกส์เสียง

นอกจากตัวอย่างโจทย์และเฉลยที่พี่ได้ยกมาให้น้องๆ ดูแล้ว พี่ก็มี เคล็ดลับเพิ่มเติม ที่จะช่วยให้น้องๆ ทำโจทย์ฟิสิกส์เรื่องเสียงได้เก่งขึ้น มาฝากกันครับ

1. อ่านโจทย์อย่างละเอียด: ขั้นตอนแรกที่สำคัญที่สุดคือ การอ่านโจทย์อย่างละเอียด เพื่อทำความเข้าใจว่าโจทย์ถามอะไร และให้ข้อมูลอะไรมาบ้าง ขีดเส้นใต้คำสำคัญ หรือเขียนสรุปข้อมูลที่โจทย์ให้มา จะช่วยให้น้องๆ เห็นภาพรวมของโจทย์ได้ชัดเจนยิ่งขึ้น
2. วาดรูปประกอบ: ในโจทย์บางข้อ การวาดรูปประกอบ จะช่วยให้น้องๆ เห็นภาพสถานการณ์ และเข้าใจโจทย์ได้ง่ายขึ้น โดยเฉพาะโจทย์ที่เกี่ยวกับปรากฏการณ์ของเสียง เช่น การสะท้อน การหักเห หรือปรากฏการณ์ดอปเพลอร์
3. เลือกใช้สูตรให้ถูกต้อง: ฟิสิกส์เรื่องเสียงมีสูตรหลายสูตร น้องๆ ต้องเลือกใช้สูตรให้ถูกต้องกับสถานการณ์ในโจทย์ ทบทวนสูตรต่างๆ และทำความเข้าใจว่าแต่ละสูตรใช้เมื่อไหร่ จะช่วยให้น้องๆ เลือกใช้สูตรได้อย่างแม่นยำ
4. แทนค่าตัวแปร: หลังจากเลือกสูตรได้แล้ว ให้แทนค่าตัวแปรต่างๆ ที่โจทย์ให้มาลงในสูตรอย่างระมัดระวัง ตรวจสอบหน่วยของตัวแปรให้ถูกต้อง ก่อนทำการคำนวณ
5. คำนวณอย่างรอบคอบ: การคำนวณเป็นขั้นตอนที่สำคัญ หากคำนวณผิด คำตอบก็จะผิดไปด้วย ตรวจสอบการคำนวณซ้ำอีกครั้ง เพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีข้อผิดพลาด
6. ตรวจสอบคำตอบ: หลังจากได้คำตอบแล้ว ให้ตรวจสอบว่าคำตอบมีความสมเหตุสมผลหรือไม่ เช่น ถ้าคำนวณความเร็วเสียงได้ค่าที่สูงหรือต่ำเกินไป อาจจะต้องตรวจสอบวิธีทำอีกครั้ง
7. ฝึกทำโจทย์หลากหลาย: การฝึกทำโจทย์หลากหลายรูปแบบ จะช่วยให้น้องๆ คุ้นเคยกับแนวข้อสอบ และสามารถแก้ปัญหาได้หลากหลายมากยิ่งขึ้น

สรุป

เป็นยังไงกันบ้างครับน้องๆ กับ โจทย์ฟิสิกส์เสียง ม.5 พร้อมเฉลย ที่พี่นำมาฝากกันในวันนี้ หวังว่าจะเป็นประโยชน์กับน้องๆ ทุกคนนะครับ พี่เชื่อว่าถ้าเราตั้งใจฝึกฝน และทำความเข้าใจเนื้อหาอย่างถ่องแท้ เรื่องเสียงก็จะไม่ใช่เรื่องยากอีกต่อไปแน่นอน! อย่าลืมนำเคล็ดลับที่พี่ให้ไว้ ไปปรับใช้ในการทำโจทย์ด้วยนะครับ

สุดท้ายนี้ พี่ขอเป็นกำลังใจให้น้องๆ ทุกคน ประสบความสำเร็จในการเรียนวิชาฟิสิกส์นะครับ ถ้ามีคำถาม หรือข้อสงสัยอะไร สามารถสอบถามพี่ได้เลยนะครับ แล้วเจอกันใหม่ในบทความหน้าครับ บ๊ายบาย!