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波動で絶対に覚えるべき2つの公式【イメージ重視の物理基礎】

  • まずはザックリ理解したい
  • イメージを優先したい
  • 苦手を克服したい

このような方向けに解説をしていきます。

【今回わかること】

  • 波の特徴を表す5つの量
  • 波の超基本公式2つ

波の特徴は5つの量で表す

ロープで波を作るとき、揺らし方をいろいろ変えれば、できあがる波の形は変わります。

波の特徴をとらえるときは、5つの量に注目しましょう。

  1. 振幅
  2. 速さ
  3. 波長
  4. 振動数
  5. 周期

④振動数⑤周期は特にイメージが重要になります。

5つの注目ポイントそれぞれを日本語で説明できるようにするのがゴールです!

 

①振幅 \(A\)

波の中心ラインから、最も揺れているところまでの長さ振幅と呼びます。

上に最も揺れているところを「山」、下に最も揺れているところを「谷」と呼ぶので、合わせて覚えておきましょう。

振幅を測るときの注意点は、山と谷の幅を測るわけではないという点です。

揺れが0の中心ラインから、山(もしくは谷)までの長さが振幅です。

 

②波長 \(λ\)

波の「山」と「谷」を合わせた、波1個の横幅波長と呼びます。

通常 \(λ\) (読み方:ラムダ)という記号で表します。

波1個の横幅は、つぎのような測り方でもおなじです。

  • 「山」と「隣の山」の幅
  • 「谷」と「隣の谷」の幅

 

③速さ \(v\)

シンプルに波が進む速さのことです。

【復習】
「速さ」とは、1秒間に進む距離のこと

 

④振動数 \(f\)

1秒間にある1点が上下に振動した回数振動数と呼びます。

波が通り過ぎていくとき、ある1カ所をジーっと見つめると、その場所が上がったり下がったりするのが分かります。

浮き輪に乗っているときに波が来ると、浮き輪が上下に動くのと同じですね。

振動する回数を計るときに、1秒間という基準を設定したのが振動数です。

 

⑤周期 \(T\)

周期は2つの表現方法を覚えておきましょう。

  • 1か所が上下に1回振動するのにかかる時間
  • 波が1波長分すすむのにかかる時間

どちらも本質的には同じ意味です。

しかし問題を解くときは、両方の表現方法を覚えておいたほうが、周期を求めやすくなります。

  • 「1点(媒質)に注目する問題」のときは、1か所が上下に振動するのにかかる時間
  • 「波全体に注目する問題」のときは、波が1波長分すすむのにかかる時間

周期は2つの表現方法で覚えておきましょう。

 

 

必ず覚えるべき2つの公式

波の特徴を表す5つの量のなかで、振幅 \(A\) を除く4つの量の間につぎのような関係があります。

\(v=fλ\)

\(\displaystyle T=\frac{1}{f}\)

問題で図が与えられていれば、波長を読みとることができます。

しかし波長以外の、速さ・振動数・周期の3つは静止画からは判断できません。

そのようなときに2つの公式が役立ちます。

図から読み取れる波長や、問題文で与えられている他の数値を代入することで、計算で求めることができるのです。

問題にかかれる静止画の情報から、動いるときの様子がわかるようになるということですね。

ロープや水の波だけでなく、音の波や光の波でも使う公式なので、超基本公式としてかならず覚えておきましょう!

 

 

まとめ

  • 波を表す特徴は、振幅・波長・速さ・振動数・周期
  • \(v=fλ\)・\(T=\frac{1}{f}\)は覚える

 

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