この記事では、物理学における波動とは何か、またその特徴は何かについて説明します。したがって、波の動きの定義、波の動きの公式、およびさまざまな種類の波の動きとは何かがわかります。
波動とは何ですか?
波動は調和波によって表される動きです。言い換えれば、波動は継続的かつ周期的に振動する外乱の伝播です。
したがって、波動は、波が平衡位置の周りで振動するときに行う動きです。
例えば、紐の一端を結び、もう一端を振動させると、紐が上下に振動して波動が生じ、波が発生する。
さらに、波の動きの特徴の 1 つは、エネルギーをある場所から別の場所に移動しますが、重要ではないことです。
波動の例
波の動きの概念を完全に理解するために、このタイプの動きの例をいくつか見ていきます。
波動の例:
- 音波は波のような動きです。
- 石を投げたときに池の水面にできる波が波動です。
- 弦の振動によって生じる波が波動です。
- 波源を通って伝播する波は波動です。
波の動きの特徴
波動の特徴は次のとおりです。
- 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) : 波上の 2 つの連続する等価点の間の距離です。
- 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生成する振動または振動の数です。
- 角周波数 (または脈動) (ω) : これは波が振動する速度です。
- 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。
- 伝播速度 (v) : これは波が伝播する速度です。
波動の公式
波動の方程式は 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動の点の伸びを計算するために使用されます。
金:
-
波の伸びです。
-
波の振幅です。
-
は、調査対象の点から波の原点までの距離です。
-
は波数です。
-
は角周波数または脈動です。
-
という瞬間です。
-
は波の初期位相です。
角速度の前の符号は、波動の進行方向を決定します。負の場合は波動が右方向に伝播することを意味し、一方、符号が正の場合は波動が左方向に伝播することを意味します。
注:波動方程式を表現するにはいくつかの方法があるため、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表現は、この記事で説明した関数です。
波動の種類
波の動きを分類するにはいくつかの方法があるため、分類するために選択した基準に従って、さまざまなタイプの波の動きがどのようなものであるかを見てみましょう。
伝播寸法によると
- 一次元波動: 波動は一方向にのみ伝播します。
- 二次元の波動: 波動は二次元、つまり表面全体に伝播します。
- 三次元波動: 波動は三次元、つまり空間を伝播します。
振動の方向に応じて
- 波の縦方向の動き: 振動の方向は波の伝播方向と同じです。
- 波の横方向の動き: 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
- 機械的な波動: 波動が伝播するには物質的なサポートが必要です。
- 電磁波の動き: 波の動きは真空中で伝播します。