せっかく横波表記した縦波をもとに戻してみよう！【スマホで物理#06】
サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。
今日は縦波でよく見かける問題の解き方について紹介します。
前回（#05）のまとめ
- 縦波は横波のように表記することができる。
- 縦波のｙ軸（縦軸）は媒質の左右の変位を表している
横波から縦波へ
描くのが難しい縦波を、描くのが簡単な横波として変換して描き表す方法を#05では学びました。身近な音は縦波の現象です。カラオケ屋の声の波形表示など、身近な場所では、縦波を横波のように表しているのをよく見かけると思います。
例えばこれ。
スマートフォンの音声録音機能を使ったときの様子です。録音ボタンを押して話しかけると、声が記録されたということが横波として表現されています。なおこれは縦波のy-tグラフです。
また次の動画を御覧ください。声や音叉の音を縦波（y-tグラフ）として表示してくれるデジタルオシロスコープ（SoundBeamというアプリ）を使って見た音声波形の様子です。
用意したものは、iPad、音叉、声です。
音叉の振動ではとくにきれいに空気（媒質）が振動しているのがわかります（なおオシロスコープの波形はy-tグラフです）。
このように私達の身近にある縦波の横波表記ですが、この横波で表された縦波を、瞬時に縦波としてイメージする力が、縦波を理解する上で重要です。
前回の#05では縦波を横波へと直しましたが、今回はその逆。横波の様子を見て、縦波の様子を描き、密な場所・疎な場所・媒質の変位が大きい場所・媒質の動きが速い場所などがわかるようにしていきましょう。
３ステップ解法で横波表記から縦波に！
横波から縦波に変形するための３ステップ解法を紹介しましょう。私は３ステップで考える「３ステップ解法（３つのステップを順番に見ていくと理解できる方法）」というものを提唱しています（参考「ぶつりの１・２・３※」。
※ ぶつりの1・2・3 誰でも解ける! センター物理「力学」の3ステップ解法 (サイエンス・アイ新書)
物理が苦手だなと思った人でも、思考ステップを３つに区切るとわかりやすく、理解の助けになります。
例えばこのような横波表記された縦波があったとします。
練習問題
| 次の「横波で表された縦波」について、「密」の場所はＯ・Ａ・B・C・Ｄ・E・F・Gのどこですか。すべて答えなさい。
|
このようなときは、３ステップ解放を使って、横波表記から縦波に変換してみましょう。
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 |
この３ステップ解法で考えてみましょう。
１ ボール（媒質）を置き、矢印を上下に伸ばす
次の図のように、O〜Gの位置にボールをおきます。そして、その場所から横波に向かって上下に矢印を伸ばします。
ちなみに、Oの位置のように矢印が伸びない場所もあります。
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
縦波の横波表記におけるy軸は、ｘ軸正の方向（右）の変位を表していました。そのため上に伸びた矢印「↑」は「右」に、その反対に下に伸びた矢印は、ｘ軸の負の方向（左）の変位を示すので、「左」に倒しましょう。
３ 矢印の頭にボールを移動させ「疎」「密」を記入
矢印の頭にボールを移動して、それぞれを「青」で色付けしました。なお原点Oの媒質のように、矢印が伸びないものは、その場所にいるということを示していますので、青で色付けをしています。
青いボールに注目してみてください。青いボールが集まったところがありますよね。ここが「密」になっているところです。密になったところは、O、Dの２つ、反対に疎となったところは、B、Fの２つということがわかりますね。
答え 密はO,D
続きます。
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