正弦波

正弦波

単振動

波をよく伝える媒質はばねの性質を持ちます。ばねの性質が無いものは波をよく伝えることができません。ばねは、伸ばされれば伸ばされるほど強い力で引き戻そうとします。この力を復元力といいますが、復元力を持つものは単振動という動きをします。簡単に説明します。

物体が円周上を一定の速さでまわり続ける運動を等速円運動と呼びますが、この物体に横から光を当てると壁に映った影は周期的な往復運動をします。

この動きを単振動といいます。物理において等速直線運動の次に基本となる重要な運動です。

正弦波

各点が隣の点を引っ張っり上げたり引き下ろしたりしながら次々に伝わるのが波です。波をよく伝える媒質はばねの性質を持ち、各点がこの単振動という動きをしています。目を凝らして1つの縦の線に注目して見てください。

このときできる波の形はきれいに整っていて、正弦波といいます。数学で習う正弦曲線(サインカーブ)と同じ形なのでこのように呼びます。

横軸が xt

波のグラフを見るときは注意しなければならないことがあります。それはグラフの横軸が x であるのか、t であるのかということです。

x である場合は、グラフはある時刻ににおける波の形を表しています。

t である場合は、グラフはある地点における時間による変化を表しています。

たとえば初め左図のような形の波があったとすれば、これは t=0 における波の形、ということになります。(後の説明のためにP点を定めてマークします)

1秒後に左図のようになれば、t=1 における波の形、ということです。

t=2 における波の形。

そして P点だけに着目し、t=0、t=1、t=2、t=3、t=4、t=5、のときの高さを描き出すと左図のようになり、

整理してグラフにすると左図のようになります。横軸は x でなく、t です。これは P点における時間変化を表すグラフです。上の波の形を表すグラフと同じ形なので紛らわしいです。

波に関する問題を解くときは、横軸が x であるか t であるか、注意が必要です。