2つの反射をどうやって解釈するといいの?【スマホで物理#11】

ケン博士
サイエンストレーナーの桑子研です。スマホで科学を一緒に楽しみましょう。 

#11では、自由端反射と固定端反射について勉強をしてきました。今回は不思議なこの2つの反射について、どのように考えるのか?について見ていきましょう。

2つの反射の特徴と、その考え方

自由端反射では、「山」を作って壁にぶつけてみると、反射面で波の高さが2倍になったあとに、反射された波(反射波)は「山」で返ってきます(谷の場合は谷が返ってきます)。この不思議な現象を、どのように考えていけば良いのでしょうか。

 あれ?でもこの現象どこかで見たことがありませんか?

実はこれ波の重ね合わせで見たときに、左右から同じ大きさで逆向きに進む「山」をつくって、ぶつけたときの様子に似ています。そのときに使用した図の右側半分を隠してみてください。自由端反射と同じような現象に見ることができます。

 このように自由端反射は反射面の反対側のちょうど同じ距離の場所から、同じ位相の波がやってきたと考えることができます。

同様に固定端反射も見てみましょう。固定端反射では「山」がくると、反射面で一瞬振幅がゼロになり、その後逆の「谷」が返ってきます。

なんとも不思議な現象です。この現象は、反射面の奥のちょうど同じ位置から、逆向きの位相である谷がやってきたと考えることができます。

 このように反射面の中の世界を考えてみると、どのような反射波がいつやってきて、反射面ではどのような形になるのか?ということについて波の重ね合わせの原理をつかって説明することができますね。

斜めの反射

反射には2種類の反射があるということを学びました。今回は波が正面からではなく斜めにぶつかるとどのようなことが起こるのか見ていきましょう。

次の図のように、浴槽などで棒のような長いものをもって、波を起こします。この波は壁に斜め方向にぶつかります。

するとぶつかった波は反射されて進むことになりますが、入射波の進行方向と反射波の進行方向は、壁に対する法線に対して、同じ角度で反射されていきます。

 

 このように斜めの反射の場合、入射角と反射角は等しくなります。

 反射の法則

入射角=反射角

 これを反射の法則といいます。水の上の波以外でも、音や光も「反射の法則」に従って、曲がっていきます。

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光の場合の例(上の光が入射角=反射角で反射をしているのがわかります)
屈折についてはもう少しお待ち下さい。

次回へ続きます。

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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。