▷ 波動（物理学）

この記事では、物理学における波とは何か、またその特徴は何かについて説明します。したがって、物理学における波の定義、波の例、波の要素とは何か、そして最後に、物理学におけるさまざまな種類の波とは何かを説明します。

物理学における波とは何ですか?

物理学において、波とは、物質を輸送せずにエネルギーを運びながら空間を伝播する擾乱のことです。言い換えれば、波は、波が通過した後も初期状態と同じままである空間を伝わる撹拌です。

一般に、物理学で研究される波は調和波であり、周期的な波です。つまり、グラフは時間の経過とともに周期的に繰り返され、サインまたはコサイン関数で定義できます。

波の中には、物質的な媒体を輸送する必要があるものもありますが、真空中で輸送できるものもあります。以下では、さまざまな種類の波が何であるかを見ていきます。

波の例

物理学における波の意味を理解したところで、概念をより深く理解するために日常の波の例をいくつか見てみましょう。

波の例:

音波。
石を投げたときに水面にできる波紋。
弦の振動によって発生する波。
桟橋に広がる波。
電磁波。

波の要素

波の要素または部分は次のとおりです。

伸び (y) : 波の位置とその平衡位置の間の距離です。
振幅 (A) : 最大伸長とその平衡位置の間の距離です。
クレスト: 波の最高点のそれぞれ。
谷：波のそれぞれの最低点。
サイクルまたは振動: ある点から次の同等の点までの波の経路です。
波長 (λ) : 波の 2 つの連続する等価点を隔てる距離です。
期間 (T) : 完全な発振が完了するまでに必要な時間です。
周波数 (f) : 波が単位時間当たりに起こす振動または振動の数です。

$f=\cfrac{1}{T}$

角周波数 (または脈動) (ω) : これは、波が振動する速度です。

$\omega=\cfrac{2\cdot \pi}{T}=2\cdot \pi \cdot f$

波数 (k) : 2π メートルの長さにわたって実行されるサイクルの数として定義されます。

$k=\cfrac{2\cdot \pi}{\lambda}$

伝播速度 (v) : これは波が伝播する速度です。

$v=\cfrac{\lambda}{T}=\cfrac{\omega}{k}$

波の方程式

物理学では、波の方程式は y(x,t) = A sin(k x ± ω t + φ ₀ ) です。この公式は、特定の位置および特定の時間における波の伸びを計算するために使用されます。

$y(x,t)=A\cdot \text{sin}(k\cdot x\pm w\cdot t+\phi_0)$

金：

$y$

波の伸びです。
$A$

波の振幅です。
$x$

は、調査対象の点から波の原点までの距離です。
$k$

は波数です。
$\omega$

は角または脈動周波数です。
$t$

という瞬間です。
$\phi_0$

は波の初期位相です。

角速度の前の符号は、波の進行方向を決定します。符号が負の場合は波が右に向かって伝播することを意味し、一方、符号が正の場合は波が左に向かって伝播することを意味します。

注:物理学では波の方程式を表現する方法がいくつかあるため、コサイン関数で表現することもできることに注意してください。ただし、最もよく使用される公式は、この記事で説明した関数です。

波の種類

物理学では、波を分類する方法がいくつかあります。そのため、以下では、分類に使用される基準に従って、さまざまな種類の波がどのようなものであるかを見ていきます。

伝播寸法によると

一次元波: 波は一方向にのみ伝播します。
二次元波: 波は二次元、つまり表面に沿って伝播します。
三次元波: 波は三次元、つまり空間を伝播します。

振動の方向に応じて

縦波: 振動の方向は波の伝播方向と同じです。
横波: 振動の方向は波の伝播方向に対して垂直です。

媒体によっては

機械波: 波が伝播するには物質的な媒体が必要です。
電磁波: 電磁波は真空中で伝播します。

その周波数に応じて

周期波: 波形グラフは周期的に繰り返します。
非周期波: 波は周期的なパターンに従わずに自由に振動します。

各波形タイプの詳細な説明と例については、次のリンクをクリックしてください。

➤参照:物理学における波の種類