「高等学校物理/物理I/波」の版間の差分

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波の山と谷の説明図を追加。
→‎正弦波: 横波 y-x図
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===正弦波===
[[File:Transverse-wave y-x graph jp.svg|thumb|400px|横波 <br />y-x図<br />ある時刻での波形]]
[[ファイル:Sine_Cosine_Graph.png|thumb|right|300px|正弦波(赤色)と余弦波(青色)の関数グラフ]]
一般に波は様々な形を取る。これは、波がある時刻にある地点で起こった振動を伝搬する現象であり、その地点で起こる現象の複雑さ次第で、波は様々な形となり得るからである。しかし、波の性質を議論する上では、波の形をある程度限った方が都合がいい。ここでは、波の形として正弦波(せいげんは、sinusoidal wave)を考える。
 
波における、山の高さ、あるいは谷の深さを、'''振幅'''(しんぷく、amplitude)と言う。振幅の記号は、よく A で書かれる。振動の大きさは、減衰(げんすい)が無ければ、波源で起きた振動の大きさと等しい。
正弦波に関わらず、周期的な波を与えるには媒介物質の1点に周期的な振動を与える必要がある。このときこの振動は物質間の相互作用を通じて、周りの物体に伝搬される。このとき波の形は周期的運動の種類で決まる。正弦波を発生させたいときには、周期的運動として正弦関数で与えられる振動を与えればよい。正弦関数は周期的な運動であるので、これは周期的な振動の一種である。ここでは簡単のため、媒介物質は1次元方向に広がっているものと仮定する。
 
右図のような波の場合、ある山から、次の山までの長さを、'''波長'''(はちょう、wavelength)とする。波長は、谷と谷との間の長さでもある。
:周期的な振動の図
 
山と山との間の長さは、谷と谷との間の長さに等しい。
 
{{-}}
(※ ここに正弦波と円の図を追加してください。)
一般に波は様々な形を取るが、高校物理では議論の簡単化のため、波の形をある程度、簡単な形状に限定する。
 
さて、もっとも基本的な形の波として、まず、正弦波(せいげんは、sinusoidal wave)が、高校物理で扱われるので、この正弦波の形の波の物理を考えていこう。
 
{{-}}
:(※ ここに波のy-t図)
このとき正弦波について成り立つ事柄について述べる。実際にはここで扱う事柄は周期的な波には常に当てはまるが、ここでは正弦波しか扱わない。周期的な波を考えるときには、波が媒介されて来るいずれかの点で振動の様子を観察すると、その点での振動はある時間が経過するごとに、同じ値に至ることがわかるはずである。ここで、同じ値が現れるまでの時間を'''周期'''(しゅうき、period)と呼ぶ。周期は時間経過であるので、単位は [sec] である。また、周期は、しばしば記号にTを用いて書かれる。
 
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が成り立つ。
 
最後に、(減衰が無ければ)波が与える振動の大きさは波源で起きた振動の大きさと等しい。ここで、振動の大きさを波の'''振幅'''(しんぷく、amplitude)と呼ぶ。振幅は、しばしば記号がAで書かれる。
 
ここまでである1点で生じた周期的な振動が持つ性質を見て来た。ここまでを用いて、振動が始まってからt秒後の波源からの距離xでの振動について記述することができる。位置x=0のとき、その振動は
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</math>
となる。
 
 
 
===いろいろな波===