この記事では、物理学におけるさまざまな種類の波について説明します。したがって、どのようなタイプの波が存在するのか、どのように分類されるのか、そして各タイプの波の例がわかります。
論理的には、さまざまな種類の波を見る前に、波が何であるかを明確に理解する必要があります。このため、説明を続ける前に次の記事を参照することをお勧めします。
波にはどんな種類があるの？
波の種類は次のとおりです。
- 縦波。
- 横波。
- 一次元の波。
- 二次元の波。
- 三連波。
- 機械的な波。
- 電磁波。
- 周期的な波。
- 非周期的な波。
以下に、使用される基準に応じたさまざまなタイプの波の分類を示します。さらに、すべての波形の詳細な説明と各波形の例を確認できます。
粒子の方向による波の種類
粒子の動きは、波が伝播する方向と同じ方向に進むことも、逆に伝播方向に対して垂直に進むこともできます。したがって、縦波と横波を区別します。
- 縦波: 波の振動は波の伝播と同じ方向に発生します。
- 横波: 波の振動は波の伝播方向に対して垂直です。
縦波
縦波は、媒質中の粒子の振動運動が波の伝播と同じ方向に起こる波の一種です。言い換えれば、縦波では、媒体中の粒子は縦方向に移動します。
たとえば、音波は縦波です。このタイプの波では、媒体の動きが波の伝播と平行であるためです。
横波
横波は、その振動が波の伝播方向に対して垂直である波です。つまり、横波の点は波の進行方向に対して横方向に移動します。
たとえば、振動する一端に取り付けられた弦は横波です。ロープの端を固定し、もう一方の端を垂直に動かすと、ロープ上の波の進行方向に対して垂直な振動が発生します。したがって、それは横波です。
伝播次元による波の種類
波は単一方向の伝播 (1 次元波)、平面に沿って伝播する (2 次元波)、または空間内を伝播する (3 次元波) ことができます。
- 一次元波: 波は一方向にのみ伝播します。
- 二次元波: 波は二次元で伝播します。
- 三次元波: 波は三次元、つまり空間全体に伝播します。
一次元の波
一次元波とは、一次元のみに伝播する波、つまり一次元波は一方向にのみ伝播する波です。
たとえば、弦の一端を固定してもう一端を振ることによって生成される波は 1 次元の波です。同様に、バネの振動によって生じる波も一次元の波です。
二次元波動
二次元波 は、表面波とも呼ばれ、二次元で伝播する波です。言い換えれば、二次元の波は表面全体に伝播します。
たとえば、水たまりに石を投げることによって発生する波は 2 次元の波です。水面を伝わる波は二次元的に進むので二次元の波です。
三次元の波
3 次元波は、球面波とも呼ばれ、3 次元で伝播する波です。つまり、3 次元波は空間内のあらゆる方向に伝播します。
たとえば、音波は空間の 3 次元すべてに伝播するため、3 次元の波です。
伝播する媒体に応じた波の種類
一般的に言えば、波が伝播するには媒体が必要です。このタイプの波は機械波と呼ばれます。ただし、電磁場によって発生する波は真空も通過します。
- 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。
機械的な波
機械波は、物質媒体を通過する波の一種です。つまり、機械波は物質媒体を通過する波です。したがって、機械波は媒体に一時的な乱れを引き起こし、媒体が輸送されずに伝播します。
たとえば、音波は機械的な波です。音波は空気中を伝播し、物質媒体中を振動するため、機械波です。
電磁波
電磁波は電磁場によって生成される波です。つまり、電磁波は電場と磁場の振動によって生成されます。
電磁場によって生成される一連の電磁波が電磁放射です。
つまり、振動する電場と振動する磁場が組み合わされると、電磁場が生成され、電磁波が放射されます。
周期性による波の種類
物理学では、研究される波のほとんどは周期的であるため、そのグラフは周期的に繰り返されます。ただし、波は非周期的で、パターンに従わずに振動することもあります。
- 周期波: 波形グラフは周期的に繰り返します。
- 非周期的な波– 波グラフは繰り返されませんが、波は自由に振動します。
周期波
物理学における周期波とは、グラフが周期的に繰り返される波のことであり、周期波の振動は一定の時間間隔ごとに繰り返されます。したがって、周期的な波の伸びは、同じ期間中は同じになります。
周期的な波を繰り返すのに必要な時間を周期といいます。したがって、周期的な波の動きは、一定期間が経過すると再び同じ状況になります。
非周期波
非周期波は、時間の経過とともに周期性を持たない波です。つまり、非周期波のグラフは時間の経過とともに繰り返されません。
したがって、非周期波は周期を持たず、自由に振動します。グラフを周期的に繰り返す周期波とは異なり、周期波はパターンに従いません。
