２つのグラフでバッチリ！波で使う５つの量【スマホで物理 #03-1】
波を表す文字（物理量）
復習 前回（#02）のまとめ
| ・y-xグラフは写真であり、ある時間のときの波の形を表現している。（時間が決まる）
・y-tグラフはある媒質が今後どのように動くのか？を表現している。（場所が決まる） |
物理では、距離はｘやｙやｚまたは長さをLなどの文字を使って表します（単位はメートル）。また時間はt（単位は秒）を使って表されます。「ある時刻ｔのとき…」などのように使います。このように物理で使う量（物理量）を表すときに英語の文字をあてて使います。
距離 ｘ[m]、y[m]、z[m]、L[m]
時間 t[s]
今回は波の物理量について紹介します。波の分野では主に５つの物理量が出てきます。そんな物理量について#02で学んだ①y-xグラフと、②y-tグラフから、波を表すために必要な記号について見ていきます。
① y-xグラフに現れる物理量
y−xグラフは「ある時刻の波の形」を示しています。谷と山の１セットの長さ(１つの波の長さ)を１波長といいλ(ラムダ)[m]で表します。１λ、２λ、３λと数えていきます。また波の山や谷の高さを振幅といいＡ[m]で表します。
平均値からの高さになるので注意してください。よく山の頂上から谷底までを振幅Aと思い込んでいる生徒が多くいます。また波が進む速さはv[m/s]で表します。これはy-xグラフ１枚ではわからないところなのですが、よく上のほうに→とともにｖとして表されます。
② y-tグラフに現れる物理量
y-tグラフは、「ある場所の媒質の運動の様子」を示します。媒質が上下に１回振動するときの時間を周期といい、T[s]で表します。
またある媒質が１回振動するということは１つの波がその場所を通ったということを表します。これもとっても大切なことです。こちらを御覧ください。
周期＝その場所を波が１つ通るのにかかった時間ということになります。
よくTとλをグラフから読み間違える生徒がいますが、それはｙ−ｘとｙ−ｔグラフの混同に原因があるので注意が必要です。また山や谷の高さをAで表すのはｙ−ｘグラフと変わりません。
最後に振動数について紹介します。これがまたわかりにくいところですが、振動数とは１秒間にある媒質が何回振動するのかを示します。振動数はfで表され、単位はHz(ヘルツ)を使います。例えば１秒間である媒質が２回振動したとします。このとき振動数はｆ＝２[Hz]ということになります。
振動数と周期の関係
周期Tと振動数ｆは、同じようなことを表している物理量です。周期とは、ある媒質が１回振動するのにかかる時間のことをいいました。また振動数とは１秒間で何回振動するのか？を表しています。
ですからたとえば１Hzということは１秒で１回振動するので、周期は１秒となります。また２Hｚのときは、１秒で２回振動するので、周期、つまり１回振動するのにかかる時間は0.5秒となります。同様に３Hzのときは1/3秒、４Hzのときは1/4秒となります。
表にしてまとめると、
| f[Hz] | 1 | 2 | 3 | 4 |
| T[秒] | 1 | 1/2 | 1/3 | 1/4 |
つまり
T=1/f
ということ関係があります。
波の式
最後に波動分野でもっとも大切な「波の式」について紹介します。次の図のように、原点の媒質が振動数2Hzで振動している時を考えます。
振動数が２Hｚということは１秒間で媒質が２回振動をしたということになります。ということは、図のように２つの波が１秒で原点を通過したということになります。
ですので原点にあった波の先頭が１秒あたりで２λ[m]移動していることがわかります。１秒間に移動する距離のことは速度といいます。ですからこのときの波の速度vは2λということになります。「２」という数字は、振動数ｆのことを示しているので、
v = fλ
（速度 ＝ 振動数 × 波長）
ということが言えますね。この公式は波動分野でもっとも大切な公式です。以上が波動分野でつかう物理量です。ここまで波でおぼえておくべき記号と、その記号が示すものをまとめておきました。
続きます。
波については拙著も参考にしてみてください。
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