ใบกิจกรรมฝึกปฏิบัติการเสมือนจริง 3 มิติ: ความเข้มเสียงและระดับความเข้มเสียง

ใบกิจกรรมฝึกปฏิบัติการสืบเสาะเสมือนจริง 3 มิติ (Pre-Lab Inquiry Worksheet)

วิชาฟิสิกส์ ระดับชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 5 • เรื่อง ความเข้มเสียงและระดับความเข้มเสียง (Sound Intensity & Decibels)

ชื่อ-นามสกุล:

ชั้น / ห้อง:

เลขที่:

ตอนที่ 1: ทำความคุ้นเคยกับเครื่องมือในห้องปฏิบัติการ 3 มิติ (3D Spatial Sound Lab) เตรียมความพร้อม

ให้นักเรียนเปิดซิมจำลอง https://phy3dsim.pages.dev/intensity แล้วทดลองควบคุมต่อไปนี้ จากนั้นทำเครื่องหมาย ✓ เมื่อทำสำเร็จ:

1. คลิกเมาส์ค้างแล้วหมุนมุมมอง 360° รอบห้องทดลอง 2. คลิกแล้วลาก ไมค์ A (สีฟ้า) เพื่อเปลี่ยนตำแหน่งบนพื้น 3D 3. คลิกแล้วลาก ไมค์ B (สีส้ม) และสังเกตลำแสงวัดระยะทาง 4. สลับโหมด ☀️ โหมดสว่าง / 🌙 โหมดมืด ที่มุมขวาบน

ตอนที่ 2: การสืบเสาะกฎการลดทอนระดับความเข้มเสียง (เมื่อระยะทางเพิ่มเป็น 2 เท่า) สืบเสาะหลัก

ปัญหาการทดลอง: เมื่อผู้ฟังหรือไมโครโฟนถอยห่างจากแหล่งกำเนิดเสียงเป็น 2 เท่า ($r_B = 2r_A$) ความเข้มเสียง ($I$) และระดับความเข้มเสียง ($\beta$) จะเปลี่ยนแปลงอย่างไร?

วิธีปฏิบัติ: จัดวางไมค์ A และไมค์ B ตามระยะที่กำหนด แล้วบันทึกค่าความเข้มเสียง $I$ และระดับเดซิเบล $\beta$ ลงในตาราง:

การทดลอง	ตำแหน่งไมค์	ระยะทาง $r$ (m)
ชุดที่ 1	ไมค์ A (จุดใกล้)	$1.00\text{ m}$
ชุดที่ 1	ไมค์ B ($r_B = 2r_A$)	$2.00\text{ m}$
ชุดที่ 2	ไมค์ A (จุดใกล้)	$2.50\text{ m}$
ชุดที่ 2	ไมค์ B ($r_B = 2r_A$)	$5.00\text{ m}$

💡 คำถามชวนคิด:

จากตาราง อัตราส่วนความเข้มเสียง $\frac{I_B}{I_A}$ มีค่าประมาณเท่าใด? และผลต่างระดับเสียง $\Delta\beta$ มีค่ากี่เดซิเบล?
ตอบ: อัตราส่วน $\frac{I_B}{I_A} \approx$ และผลต่าง $\Delta\beta \approx$

ตอนที่ 3: ทำความเข้าใจที่มาเชิงเรขาคณิต (หน้าคลื่นทรงกลม 3 มิติ $A = 4\pi r^2$) ทฤษฎีและการพิสูจน์

ในแบบจำลอง 3 มิติ คลื่นเสียงที่แผ่ออกจากลำโพงจุดกำเนิดมีลักษณะเป็น หน้าคลื่นทรงกลม (Spherical Wavefront) ขยายตัวออกสู่อวกาศ:

1. พื้นที่ผิวทรงกลมที่ระยะห่าง $r$: $A = 4\pi r^2$
2. กำลังเสียง ($P$) เฉลี่ยกระจายตัวทั่วพื้นที่ผิวทรงกลม ดังนั้น ความเข้มเสียง: $I = \frac{P}{A} = \frac{P}{4\pi r^2}$
3. เมื่อระยะทางเพิ่มขึ้นเป็น 2 เท่า ($r_2 = 2r_1$) พื้นที่ผิวจะเพิ่มเป็น $4\pi (2r_1)^2 = 4(4\pi r_1^2)$ (เพิ่มขึ้น 4 เท่า)
4. ส่งผลให้ความเข้มเสียงลดลงเหลือ $\frac{1}{4}$ ของเดิม: $\Delta\beta = 10\log_{10}\left(\frac{I_2}{I_1}\right) = 10\log_{10}\left(\frac{1}{4}\right) = -6.02\text{ dB}$

ตอนที่ 4: การประยุกต์ใช้เพื่อความปลอดภัยทางอาชีวอนามัย (Safety Distance $\le 85\text{ dB}$) การประยุกต์ใช้

เกณฑ์มาตรฐานความปลอดภัยของกระทรวงแรงงานและองค์การอนามัยโลก (WHO) กำหนดให้ระดับเสียงสะสมต่อเนื่อง 8 ชั่วโมงในสถานที่ทำงานต้อง ไม่เกิน 85 dB

🎯 ภารกิจคำนวณและทดสอบจริง:

ในซิม ให้คลิกที่แถบ "สถานการณ์ที่ 4: ระยะปลอดภัย ($\beta \le 85\text{ dB}$)" แหล่งกำเนิดเสียงเปิดกำลัง $P = 10.0\text{ mW}$ ให้นักเรียนลากผู้ฟังถอยห่างออกมา
- ระยะทางที่ระดับเสียงลดลงมาแตะ $85.0\text{ dB}$ พอดี คือระยะ $r_{\text{safe}} =$ เมตร

ตอนที่ 5: การลงข้อสรุปเชิงวิทยาศาสตร์ด้วยแบบจำลอง CER (Claim - Evidence - Reasoning) สรุปผลการเรียนรู้

🎯 1. ข้ออ้าง (Claim) — ข้อสรุปคำตอบต่อปัญหาการสืบเสาะ:

📊 2. หลักฐานเชิงประจักษ์ (Evidence) — ข้อมูลจากตารางการทดลองและการวัด:

🧠 3. เหตุผลเชิงฟิสิกส์ (Reasoning) — อธิบายเชื่อมโยงด้วยหลักการและทฤษฎีทางฟิสิกส์: