解説【高校物理】波源を上下に動かすと、どんな形の波ができる?物理基礎・波をクイズで確認!波2

【解説_波2_波源を上下に動かす】

図の左端にある波源を上下に振動させます。真ん中の高さから、上→真ん中→下→真ん中と動かします。波源を動かし終えた瞬間の波形はどうなりますか?

波をつくる前のウェーブマシン。波源が左端にあることを説明している図。
Puさん
Puさん

さて、今回は選択肢がなかったね。
解答例は、次の図みたいな形だよ。

波2の答えの画像。右側に山が、左側に谷ができている。
ピグちゃん
ピグちゃん

こんな形になるの?なんで〜?

Puさん
Puさん

媒質の振動が隣に、隣に…と伝わっていく現象が波だったよね。
あと、今回は真ん中の高さから、上→真ん中→下→真ん中と動かしたよね?
だから、真ん中→上→真ん中の振動が先に伝わっていくよ。
下の動画みたいな感じね。

ピグちゃん
ピグちゃん

わかってきたかも!
先に山を作ってるから山が先に伝わって、そのあとで谷が伝わるんだ!
答えは、山が右側に、谷が左側に来ていればいいってことね。

Puさん
Puさん

そのとおり!
上の動画では、山が先、谷が後に伝わることをわかってもらうために、わざと間隔を空けているよ。
まだよくわからない人はシミュレーションのスロー再生がおすすめだよ。

ちょっとここまでのところで覚えておいてほしい知識を紹介するね。

 この課題では、波源を「真ん中→上→真ん中→下→真ん中」と動かしました。このように、ある点が上下の両端を通って元の位置に戻ってくるとき、その点は1回振動したことになります。
 (振動に着目して)1回振動するのに要する時間を周期といい、Tと表します。単位は秒が一般的で、記号は[s]です。 
 (時間に着目して)1sあたりに振動する回数を振動数といい、fと表します。単位はヘルツが一般的で、記号は[Hz]です。
振動数と周期には、f = 1/T の関係があります。たとえば、周期が0.5秒なら、1秒間に2回振動するので、振動数は2 Hzになります。
また、波源が1周期だけ振動すると、その間に波は波長(はちょう)分だけ進みます。波長とは山から次の山、谷から次の谷のように、波の形が同じになる2点の間の距離のことです(下図を参照)。波長はλ(ラムダ)と表します(ギリシャ文字です)。単位はメートルやセンチメートルが一般的で、記号は[m]、[cm]です。

まとめておくと次の通りです。
周期T:1回振動するのに要する時間(単位:秒 記号[s])
振動数f:1sあたりに振動する回数(単位:ヘルツ 記号[Hz])
波長λ:波1つ分の長さ(単位:メートル、センチメートル等 記号[m]、[cm])

1波長の例。この図は山から山までの長さ。
1波長の例。この図は谷から谷までの長さ。
1波長の例。この図は左端から右端まで。

図:波1つ分の長さ

ピグちゃん
ピグちゃん

私が真ん中の高さにある媒質だったら、隣に合わせて上、真ん中、下、真ん中って動けばいいのね?

Puさん
Puさん

そうやな。媒質は波源と同じを時間差でしてるってことやな。
ピグちゃん、「私が媒質だったら」っておもろい発想やな

ピグちゃん
ピグちゃん

体育祭のダンスも隣の人とちょっとズラして踊っちゃおうかな
アレンジ効かせて

Puさん
Puさん

それ、ただの変な人やで

ふりかえり

波2_波源を上下に動かす

 ◎ 波源を上下に動かすと、波源を動かした順に振動が時間差で伝わる。波源が1周期だけ振動すると、その間に波は1波長分だけ進む。

 ⚪︎ 波は、振動がその隣に、その隣に伝わっていく現象である。波が発生する場所を波源といい、波を伝える物質を媒質という。(問1のふりかえり)

答えの確認

  1. 自分でシミュレーションする

▶︎ 弦を伝わる波

  2. シミュレーション操作を参考にする

Puさん
Puさん

おすすめの設定だよ!
端がない場合 →波が反射してこない
自動(正弦波) →きれいな波が作れる
スロー再生 →初期設定だと波が速い
張力:真ん中 →ちょうどいい大きさの波が作れる
減衰度:0 →振幅が小さくならない

家庭教師・塾のご紹介

Puさん
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ピグちゃん
ピグちゃん

ストレートな宣伝やなぁw

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このシミュレーションは PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder によって提供されています。
© University of Colorado Boulder, licensed under CC BY 4.0
https://phet.colorado.edu/

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