波・波動・定常波
波は、一般的には、水面の上下運動が伝わることである。ところが物理学でいう波というと周期的な現象のこと。何らかの物理量の周期的変化が空間に伝わる。音波や水面の波、あるいは地震波のように振動が何かの物質を通して伝わる現象のほかに、電磁波のように空間を伝わる現象もある。
互いに進行方向が逆の、二つの波が重なったときの振幅は、単に二つの波の振幅の和になる。こうしてできる波を定常波という。 また、波であれば、干渉や回折、反射、屈折といった現象がおきる。
波動を表す式
物理学でいう、水面波、地震波、音波、電磁波などの波を総じて波動と呼ぶ。波動には、振動数、周期、振幅、波長、波数などの物理量が定義される。
波長を λ、振動数を f、周期 T の波の速さをVとすると次のように表せる。
V = fλ = λ/T
波は y = A sinθ の式で表せる。Aは振幅(波の高さ)、θは位相である。これを正弦波の式という。θは時刻 t に比例し、t が周期 T だけ変化する間に、θは2πだけ変化する。
よって、t:T=θ:2πであるから、 θ=(2π/T)t となる。
これを y = A sinθ の式に代入すると次のようになる。
y = A sin (2π/T) t y = A sin (2π/T) (t-x/λ)
波動にみられる現象
干渉とは何か?
干渉 (interference) とは、複数の波の重ね合わせによって波を強め合ったり、弱め合ったり、新しい波形をつくることである。
回折とは何か?
回折(Diffraction)とは媒質中を伝わる波動に対し障害物が存在する時、波がその障害物の背後など、一見すると到達できないような領域に回り込んで伝わっていく現象のことを言う。例えば、単色光を十分に狭いスリットに通しスクリーンに当てると、回折によって光のあたる範囲が広がる。
反射とは何か?
反射(reflection)とは、光や音などの波がある面で跳ね返る反応のことである。波動の入射角と反射角は等しく、反射の法則が成立する。
屈折とは何か?
屈折(Refraction)とは、光や音波などの波が異なる媒質の境界で進行方向を変えることである。この理由は波動の進む速度が媒質によって異なるためである。真空を1.0とした物質固有の値を絶対屈折率といい、2つの物質の絶対屈折率の比を相対屈折率という。
入射角をθ1、屈折角をθ2とし、それぞれの媒質を通る速度をC1、C2とする。波長をλ1、λ2、絶対屈折率をn1、n2とすると次のように表せる。
sinθ1/sinθ2 = c1/c2 = λ1/λ2 = n2/n1 =n12(相対屈折率)
参考HP Wikipedia「波動」「波動の式」「定常波」「回折」「屈折率」
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波動方程式の解き方 (物理数学One Point) 須藤 彰三 共立出版 このアイテムの詳細を見る |
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