定常波

次のような2つの波を想像してください。

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このあと2つの波はぶつかって合成波をつくります。

このときできる合成波が今回のテーマ,「定常波」です!

 

 

定常波とはどんな波か

定常波というのはちょっと変わった波で,一言で表すと,「進まない波」です。

普通の波は,下図のように,波源から遠ざかるように進行します。

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しかし,定常波の振動の様子は,

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のようになります。

 

山と谷が交互に繰り返されるので,確かに振動はしています。

が,山と谷が媒質の決まった箇所にしか現れないため,右にも左にも,どちらにも進まない波に見えるというわけです。

(YouTubeなどで検索すれば,定常波の様子が見れるので,必ず一度は見て,イメージを頭に焼き付けてください)

 

「進まない」以外の定常波の性質も挙げておきましょう!

上で説明したとおり,定常波では山と谷は決まった場所にしか現れません。

これは言い換えると,大きく振動する部分(山と谷を繰り返す部分)と,振動しない部分(山と谷に挟まれた部分)が存在するということになります。

大きく振動する部分を「腹」,振動しない部分を「節」と呼びます。

 

また定常波は,同じ振幅の波どうしが重なってできる合成波なので,定常波の振幅は,その元となった波の振幅の2倍になります。

(重ねあわせの原理を忘れている人は要復習!)

その他の細かい性質はまとめノートに記しておくことにします。

 

 

定常波が発生する条件について

…最後にもう一度,定常波ができる条件を確認したいと思います。

〈定常波ができる条件〉

互いに逆向きに進む2つの波が,

①同じ速さであること

②同じ振幅であること

③同じ波長であること

です。

この3つの条件がそろって初めて定常波ができます。

 

確かにそれはその通りなんですが,… … …

この条件,ハッキリ言ってかなりキツいと思いませんか?笑

実験室などで人為的に作るのは簡単かもしれませんが,自然界で2つの波が互いに逆向きに進んできたときに,その2つが,たまたま同じ速さで,たまたま同じ振幅で,たまたま同じ波長,なんてことが果たしてあり得るでしょうか?

 

うーん,この条件が全部揃うというのはちょっと考えづらいですよね。

 

ただ一つの場合を除いて。

 

そう,この条件が簡単に揃う場面が1つだけあるのです!

入射波と反射波です。

反射板に向かっていく波と,反射されて戻ってきた波。

これらは当然,互いに逆向きに進みます。

反射で速さや振幅,波長は変わらないので,定常波のできる条件がすべて満たされることになります!!

(固定端反射では位相が変わりますが,定常波を作るのに支障ありません)

 

「入射波と反射波は合成すると定常波になる」

大事なのでぜひ覚えておきましょう!

 

今回のまとめノート

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次回予告

次回からは最も身近な波である「音」について学びましょう!!

www.yukimura-physics.com