波の子供「素元波」って何?【スマホで物理#07】

#07波のフシギな性質

ケン博士
 波の基礎知識はこれでおわりです。今回からは波の不思議な驚くべき性質を順番に紹介していきます。サイエンストレーナーの桑子研です。 

#06のまとめ

  • 横波表記された縦波をもう一度縦波に直すことができる。
  • 3ステップ解放「縦波への変形1・2・3」

1. ボール(媒質)を置き、上下に矢印を伸ばす
2. 矢印が上に伸びたら右に、矢印が下に伸びたら左に倒す
(※ 波の進行方向が右の場合)
3. 矢印の頭にボールを移動させ「疎」「密」を記入

 

波の5つの性質

ここまでで、波を表すために必要な物理量や、縦波と横波という2種類の波について学んできましたね。波の基礎的な知識の説明は終わりました。次にここからが面白いところですが、「波の性質」について見ていきましょう。波は身近にある野球ボールなどの物体では考えられない不思議な性質を持っています。例えばボールがもし波だとすると、ボールとボールがぶつかると消えたり


大きくなったりする現象が起こります。

普通では、考えられませんよね。

これらの波の性質を理解すると、身近な波の現象である音や光の不思議なことがよくわかるようになります。今回は波の性質を5つにわけて順番に紹介していきます。これらの性質を一つ一つ見ながら、波のヒミツにせまっていきましょう。

波の性質① 素元波

洗面器にいれた水の水面をイメージして下さい。この水面のように媒質が2次元空間に広がっている場合では、どのように波は広がって行くのでしょうか。水面を突っついてみると、

もう少し立体的に見てみると…

Grapherという作図ソフトで描きました。

この図のように、波はつっついた場所を中心として、円形に広がっていきます。一番外側の波紋の様子(真上から)を時間順に追っていくと…

波が起こった場所(つっついた場所)を波源(はげん)といいます。また山や谷の面を重ね合わせた線を波面(はめん)といいます。

また波は波源から離れるように、放射状に進み、波の進む方向と波面は必ず垂直に交わるという面白い性質があります。

このように広がる最も基本的な波を素元波(そげんは)といいます。実はこの素元波を応用すると、波が作りだす様々な波面について、統一的に説明ができるようになります。その意味で、素元波は「波の子供」のようなものなのですね。次回をお楽しみに。(^^)

続きます。

回折は波の子供(素元波)で考えてみよう【スマホで物理#08】

参考情報

波については拙著も参考にしてみてください。

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桑子 研(くわこけん)
 1981年群馬県生まれ。サイエンストレーナーとして全国で実験教室やICT活用講演会を開いている。著書は『大人のための高校物理復習帳』(講談社)、『きめる!物理基礎』(学研)など10冊。