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横波・縦波をシミュレーターで解説![物理入門]

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本ページでは物理の「波・波動の基本」をシミュレーターを用いて分かりやすく解説します!

横波・縦波をシミュレーターで解説![物理入門]

波・波動とは(おさらい)

波動は、↓のようなグラフで表されます。このようにプラスとなったり、マイナスとなったり繰り返されるのが波です。

波は前に進行するが、実は物体は同じ位置で振動しているだけ!

↑のように、波は前に進行していますが、物体が本当に移動するわけでは無いです。地震で波動は前に伝わりますが、地面が移動しているわけではないですよね。

↓の絵のように、各位置の物体が赤線上で上下に振動してるいるだけで、前には移動していないんです。このように上下(横)に移動する波を、横波と呼びます

 

POINT波は移動してるように見えるけど、各点が振動してるだけ!

「横波」の動きをシミュレーターで確認しよう!

それでは実際にシミュレーターで「横波」の動きを確認してみましょう!

シミュレーターの説明
  • ↓のスライドバーで波の波長振動数を自由に変更できます
  • 各点(物体)は同じ位置を上下しているだけなのを確認しましょう
  • 波として見ると、前に移動していることを確認しましょう(振動数を増加させると分かりやすいです)
  • 動きが速いので、再生速度を調整して観察してみましょう

波長
4.0
振動数
0.2

経過時間 : 0.0


再生速度
1.0
↑このバーで再生の速度変更・一時停止ができます

「縦波」は前後に物体が振動する波動

↑のように、横波の場合は上下(横)に物体が振動します。これに対し、物体が前後に振動するものを「縦波」と呼びます。

「横波」の上限の変動幅を90度回転させると、↓のように「縦波」になります。縦波は進行方向と、物体の振動方向が同一になるため、↓のように「疎な部分」「密な部分」がでてきます。ですので、縦波は疎密波とも呼ばれます

「縦波」の動きをシミュレーターで確認しよう!

それでは実際にシミュレーターで「縦波」の動きを確認してみましょう!補助として、対応する横波を薄く表示しますので、「縦波」「横波」を比較してみましょう!

シミュレーターの説明
  • ↓のスライドバーで波の波長振動数を自由に変更できます
  • 各点(物体)は同じ位置で前後に振動しているだけなのを確認しましょう
  • 「薄く表示されている横波」と「縦波」は90度回転の関係にあることを確認しましょう
  • 動きが速いので、再生速度を調整して観察してみましょう

波長
4.0
振動数
0.2

経過時間 : 0.0


再生速度
1.0
↑このバーで再生の速度変更・一時停止ができます
 

POINT縦波は複雑に見えるけど、横波の変化を縦に変えただけ!

波の種類によって、「横波」か「縦波」か決まる!

「横波」「縦波」の2種類がありますが、どちらになるかは、波野種類によって異なります。

横波:水面波、光波、地震のS波
縦波:音波、地震のP波

「縦波」は複雑な動きをしているように見えますが、横波を90度回転させただけなので考え方は同じです。代表的な波動である「音波」は縦波なので、このような動きをしている事をイメージシておきましょう!
 

「横波・縦波」まとめ

  • 波は移動しているように見えるけど、各点は同じ位置で振動してるだけ
  • 横波と縦波があるが、動きは全く同じ。変位が縦か横かの違い

 

[関連記事] 波・波動の基礎
6.横波・縦波(本記事)


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