物理基礎 / 波の性質と音

横波と縦波

★ 基礎横波縦波

問題

波には、媒質の振動の向きが波の進む向きに垂直な横波と、平行な縦波がある。

横波(振動が進行方向に垂直)と縦波(振動が平行、疎密ができる=音)

(1) 音は横波か縦波か。

(2) 縦波では、媒質が密に集まった部分と疎になった部分ができる。この疎密が伝わる縦波を別名で何というか。

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振動の向きと波の進む向きの関係で分類する。音は空気が進行方向に振動して伝わる。密な部分と疎な部分ができる。

解答・解説

横波は振動の向きが進行方向に垂直(水面波・弦)、縦波は平行(音・地震のP波)。音は空気の圧縮・膨張が伝わる縦波。

⓪ 発想 — どう考え始めるか。 波の分類の基準は媒質の振動の向きと進む向きの関係だ。垂直なら横波、平行なら縦波。

横波(振動が進行方向に垂直)と縦波(振動が平行、疎密ができる=音)

① 音は横波か縦波か。

音は、空気が波の進む向きに沿って前後に振動して伝わる。振動の向きと進行方向が平行なので縦波。

② 疎密が伝わる縦波の別名。

縦波では空気が密に集まる部分と疎になる部分ができ、その疎密が伝わる。これを疎密波(粗密波)という。

まとめ 横波の例は水面波・弦の振動・光。縦波の例は音・地震の P 波。縦波は目に見えにくいが、 $y$ 方向の変位を横にずらして描く(縦波の横波表示)と、横波と同じグラフで扱える。分類の基準は「振動の向き」ひとつだ。

答

(1) 縦波 (2) 疎密波(粗密波)

身近な例で見分けるルート(苦手な人向け)。 縄跳びの縄を上下に振ると、波は横に進むが縄は上下に動く → 横波。バネ(ばね)を進む向きに押し引きすると、密なところと疎なところが進む → 縦波。

音は「空気を押す」波なので、バネと同じ縦波。振動の向き(前後)が進む向きと同じ、と実物で確かめられる。