理系受験生のための基礎物理　　　　第38号 [まぐまぐ！]

2008/07/04

理系受験生のための基礎物理　　　　第38号

◆◆◆＝＝＝＝ Basic physics ＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝

　　　　　　　　　理系受験生のための基礎物理　　　　第38号

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　■　「波の性質」について　　(1)

前回，波は振動が伝わる現象であり，媒質の振動方向と振動が
伝わる方向が直角な波を横波，また媒質の振動方向と振動が
伝わる方向が平行な波を縦波であることをお話しました。

　　　　横波↓
　　http://www.crambook-physics.com/b_wave0801.html

　　　　縦波↓
http://www.crambook-physics.com/l_wave0801.html

波の同じ状態を連ねた面(山どうしとか，谷どうしを連ねた面)を
「波面」といいます。
池に小石を投げ入れると，波紋が広がっていきますが，あの
波紋が波面です。
池に小石を投げ入れたときの波面は同心円状に広がっていきま
すが，波面が一方向に平行に進む波を「平面波」といいます。

　　　　　(波の進む向き)→
　　　　｜　｜　｜　｜　｜　｜
　　　　｜　｜　｜　｜　｜　｜
　　　　｜　｜　｜　｜　｜　｜　　平面波
　　　　｜　｜　｜　｜　｜　｜
　　　　｜　｜　｜　｜　｜　｜
　　
　　　　　　　　　　　　　　↑
　　　　　　　　　　　　　　波面

池に小石を投げ入れたときの波紋が，ず～～～～～～っと遠く
まで広がっていったとすると，遠いところでは近似的に平面波
になります。

波は進む方向に障害物があると，その後ろにまわり込む性質が
あります。
この現象を「回折」(カイセツ)といいます。
例えば，平面波の進む前方に，小さなすき間(スリット)がある
と，スリットを通り抜けた波は広がって進みます。

　　　　(平面波)→　　　　　∥
　　　　｜　｜　｜　｜　　　∥
　　　　｜　｜　｜　｜　　　∥
　　　　｜　｜　｜　｜　　　　←スリット
　　　　｜　｜　｜　｜　　　∥
　　　　｜　｜　｜　｜　　　∥
　　　　　　　　　　　　　　∥

(フォントの設定がプロポーショナルだと障害物の壁がズレます)

　　　　　　《スリットを通過した後》
　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　∥　　＼
　　　　　　　　　　　　　　∥　＼　＼
　　　　　　　　　　　　　　∥＼　＼　＼
　　　　　　　　　　　　　　　　｜　｜　｜
　　　　　　　　　　　　　　∥／　／　／
　　　　　　　　　　　　　　∥　／　／
　　　　　　　　　　　　　　∥　　／

　　　　　　　　　　(実際は半円状に広がります)

回折現象は波本来の性質であり，音波でも光波でも生じます。
高い壁の後ろにいても，壁の内側の音が外側でも聞こえるのは，
壁の上で回折した音波が伝わってくるためです。
(他人の悪口を言うときは，聞かれないように密閉された場所
で話しましょう。でもオナラをしないように・・・・)

池に小石を投げ入れたときに出来る波紋は広がっていき，岸辺
で反射します。(水面に対して垂直な岸とします)
このとき，岸辺の水は自由に上下に振動できます。
このような端を「自由端」といい，自由端での反射を「自由端
反射」といいます。
自由端反射では「山・谷」の順序は変わりません。(下図)

　　　　　　　　　　　　　　　自由端
　　　　　　　　　　　　　　　　∥
　入射波　（谷）（山）→　　　　∥
　　　　　　　　　　　　　　　　∥

　　　　　　《反射後↓》

　　　　　　　　　　　　　　　　∥
　反射波←（山）（谷）　　　　　∥
　　　　　　　　　　　　　　　　∥

このように，反射しても「山・谷」の順序が変わらないとき，
「同位相」といいます。

これに対して，弦を張って弦を振動させると，弦の上を波(振動)
が伝わっていきます。
このとき，弦はいくらでも続いているわけではなく，どこかで
弦の端が固定されています。
弦の上を伝わってきた波(振動)は，弦の端で自由に動くことが
出来ません。
このような端を「固定端」といい，固定端での反射を「固定端
反射」といいます。
固定端反射では「山・谷」の順序が逆になります。(下図)

　　　　　　　　　　　　　　　固定端
　　　　　　　　　　　　　　　　∥
　入射波　（谷）（山）→　　　　∥
　　　　　　　　　　　　　　　　∥

　　　　　　《反射後↓》

　　　　　　　　　　　　　　　　∥
　反射波←（谷）（山）　　　　　∥
　　　　　　　　　　　　　　　　∥

このように，反射すると「山・谷」の順序が半波長ずれてしまう
とき，「逆位相」といいます。

自由端反射や固定端反射は，実際に実験装置を使って実験して
みれば，確かに観測されるのですが，このメルマガでは少し無理
です。
だいぶ無理です。
完全に無理です。

これは「波の性質」としてナシクズシ的に覚えてもらうしかあり
ません。

月とスッポンポン　(←？)

今回はここまでです。

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