波の回折

この先は波の進み方について理解を深めていきましょう!

波には特徴的な性質がいくつもありますが,今回のテーマは「回折」です。

波は障害物に遮られない!?

自分の部屋にいるときに,台所から「ご飯できたよー」

誰でも経験したことのある家庭の一幕。 相手の声は,部屋のドアが閉まっていても聞こえてきます。 音は壁を通り抜けてくるのでしょうか?

現象だけ見ると,たしかに通り抜けたようにも見えるのですが,実際に起こっているのは「回折」という現象です!

回折というのは,波が障害物の横や隙間を通って,その裏側にまわり込もうとする現象のことです。

ふつうの物体はこんな性質をもっていないので,回折は波の特別な性質のひとつといえます。

部屋のドアが閉まっていても声が中まで聞こえてくるのは,壁を通り抜けたのではなく,ドアのわずかな隙間から波が侵入し,回折したからに他なりません!



回折の起こりやすさ

上では音を例に出しましたが,水面の波や地震波,光など,回折はどんな波でも起こる現象です。 ただし,波によって「回折の起こりやすさ」は異なります。

具体的には,通り抜ける隙間の幅に比べて,波長が長いとき回折が顕著になります。

携帯電話の電波は「周波数(振動数)が低いほどよくつながる」といいますが,この理由も回折によるものです。 電波を波の基本式 v = f λに当てはめると,空気中を伝わる電波の速さvが一定であることから,波長と周波数は反比例の関係にあることがわかります。

つまり,電波は周波数が低いほど波長は長くなり,結果として回折が起こりやすくなるのです!!

電波の回折が起こりやすくなるということは,屋内にいる人にも電波が届きやすくなり,その結果「電波がよくつながる」と感じられるわけです。

いまはあまり聞かなくなりましたが,以前携帯電話は,D社やA社に比べてS社がつながりにくいと言われていました。 これは基地局の数の問題だと思っている人がいるようですが,ちがいます。

実は,携帯電話事業にあとから参入したS社だけ周波数の大きい電波を使っていたのが原因なのです(現在は低い周波数の使用が認められている)。

回折という現象ひとつとっても,けっこう奥が深いと思いませんか?

今回のまとめノート


今回,回折とはどういう現象かについて説明しましたが,なぜ回折が起こるのかについては一切触れませんでした。 「ホイヘンスの原理」というものを用いれば原因も説明できるのですが,その説明は補講に回したいと思います。

次回予告

次回は回折よりも馴染み深いと思われる,波の反射・屈折について見ていきます。

波の反射・屈折光の屈折は中学校で習うので,屈折自体は目新しいものではありません。さらにそこから一歩進んで,具体的な計算ができるようになりましょう。...