波動はこれだけ!波の形と媒質の動きの違いをしろう!(物理基礎)


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波の分野で困っている人はいませんか?

物理基礎ではそろそろ波動分野のテストが全国ではじまってきているのではないでしょうか。波は授業中で少しでも寝てしまうと、意味がわからなくなってしまいます。それもそのはず、動きがあるので、なかなか教科書で追うことができないんですよね。

今日は動画をつかってそんな波の現象について見て行きたいと思います。

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2つのグラフ

まずは何はともあれ、湯浅先生の高校物理イメージ教材の波の動画を御覧ください。

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 波を見ていると、波の形(波形)が動いていくことに目を奪われがちですが、波を伝える物質(媒質)の動きに目を向けることが重要です。例えば次の図のように、原点を1つの波(横波)が通過すると、原点にいる媒質は1回振動します。

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大切 媒質が1回振動する = 波が1つ通る

 この5枚の絵のように、波の様子を時間できりとった図をy-xグラフといいます。

次に原点の媒質を見てください。0秒のときは原点に媒質があり、その後上下に振動していることがわかりますね。この媒質の時間変化を示したものが、次に示したy-tグラフです。

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○ 波を表す物理量

山と谷の1セットの繰り返しが連続的な波を作ります。この1セットの長さを波長λといいます。また波の平均値からの高さを振幅Aといいます。波の形の進む速度を波の速度vといいます。

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次にy-tグラフを見てください。媒質が1回振動する時間(波1つが1回通るときにかかる時間)を周期Tといいます。

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また振動数fとは1秒間に何回振動するのかを示し、周期Tと次の式のような関係があります。

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振動数=1/周期

単位はHz(ヘルツ)を使います。

最後に波動分野で一番多く登場する、「波の式」について紹介します。例えば振動数が3Hzの波が原点を通過したとします。1秒後には原点は3回振動します。このとき波が進んだ距離は、この波の波長をλとすると3λとなります。

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 1秒(s)に波が進む距離(m)のことを速度(m/s)といいましたね。このことからv=3λとなります。数字の「3」は振動数fのことでしたから、波の速度v、振動数f、波長λは次のような関係になります。

公式 v=fλ
波の速度=振動数×波長

これらが波で使う物理量や公式です。

最後に波と媒質の運動についてよくわかっているのかをこちらの動画で確認してみてください!

それでは!Enjoy science!

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