波動

 波の性質について学習します。電波、音、波面、光など波は身の回りにたくさんあります。波について学ぶと、顕微鏡やスピーカーなどの設計に役立てることができるのでしっかり学びましょう。波は場を扱うので、ベクトル解析を身につけておくといいでしょう。

弦の振動

ギータや琴のような楽器の仕組みを物理します。ギータや琴では弦と呼ばれるひもを引っ張り、弦をはじくことで音を出します。この弦の動きを解析しましょう。

波動方程式の解の性質

前回の記事で一次元の波動方程式を導きました。今回は、この波動方程式を解いてみて、波動方程式の解について考えていきます。

波の用語

y(x,t)=A\sin (x-ct) をつかって波の用語を勉強していきます。

音の物理

 波といったら音です。私たちは音を日常的に使用しているので、ある程度理解しておくと便利です。そこで、ここでは音について考えましょう。簡単化のために、細長いピストンを押すことを考えます。左端のピストンを押せば、空気を伝わって右端のピストンへ伝わります。この際の空気の運動を解析していきます。

ドップラー効果

 ここではドップラー効果について説明します。ドップラー効果は救急車が近くを通ると体感することができます。救急車がそばを通過した後と前では音の高さが違うと感じた方も多いのではないでしょうか?ここでは、なぜ音の高さが変わるのかについて考えます。

波の反射

再び弦の運動について考えましょう。 弦の運動は波動方程式に従うので、解は進行波と後退波を重ね合わせた形になります。

定常波

2つの波が重ねて常に一定の波が生じるようになります。この波を定常波と呼びます。ここではこの定常波について解説します。

波の干渉

いま二つの地点A,Bで波が発生しているとしましょう。

うなり

二つの異なる周波数の音を重ね合わせるとうなりが生じます。 このうなりを式で表現してみましょう。

電磁波の伝わり方

 光は望遠鏡や顕微鏡、通信など多くの場面で利用されています。そのため、光がどのように伝わるのかを理解する能力はエンジニアにとって重要になっています。光は電磁波であり、マクスウェル方程式により動きが記述されます。マクスウェル方程式は計算を進めると、波動方程式のため波動方程式を解ければ光の動きを理解できます。ここでは、波動方程式の基本的な解である平面波と球面波について解説します。