縦波と横波

よろしくお願いします。縦波と横波についてです。

テキストには、
横波は媒質の単振動の振動方向と垂直な方向に伝わる波。例、弦を伝わる波、光波、地震波（S波）
縦波は、媒質の単振動の振動方向と同じ方向に伝わる波。例、地震波(P波）、音波
とありますが、ここでの「媒質の単振動」とはどういう意味でしょうか。横波が、上下方向、縦波が左右に動くというのは、問題を解く上で覚えたのですが、覚えただけで、実際どう違うのかいまいちよくわかりません。

また、例として、光波や音波・・・などがあげられていますが、縦波と横波の違いがよくわからず、いまいち、どっちがどっちだか覚えられません。覚え方とかありますか。また、光波の問題、音波の問題をとく上で、それが横波、縦波であることは知っていないといけないのでしょうか。

基本的なところだとは思いますが、よろしくお願い致します。

No.6 ベストアンサー 回答者： sanori 回答日時： 2007/06/22 09:07

再びお邪魔します。

＞＞＞
＞横波の「進行方向に垂直な方向」というのは、０度～３６０度の範囲の任意の方向です。
＞もしも横波の振動方向が一方向に統一された状態であるとすると、それを「偏向」（偏光）と言います。
のところが、少しわかりませんでした。

そうですね。図がないと分かりにくいですね。
http://www.sanritz-corp.co.jp/
↑
ここは有名な偏光板メーカーのサイトです。
ページの右側にある「偏光板とは（ＣＬＩＣＫ）」のところをクリックするとアニメーションが見られます。
最初の数ページで大体イメージできると思います。


＞＞＞
あとは、例にあげられている波がどうして、それぞれ縦波、横波なのか、という理由があれば教えていただきたいです。
理由もなく覚えるとすぐに忘れてしまいます。

そのことに関する正しい説明は、ものすごく難しいです。
特に横波が横波である理由についてはそうです。

しかし、縦波が縦波である理由は、直感的に理解できるかもしれません。

たとえば、沢山の人間が狭い間隔で１列に並んだ状況を考えます。
一番後ろの人がよろけて、前の人にぶつかったとします。
すると、前の人は前の前の人にぶつかります。
さらに、前の前の人は前の前の前の人にぶつかります。
このように、物を押したとき、押した方向と同じ方向に伝わるのが縦波です。
ドミノ倒しもそうです。
（あくまでも直感的理解のための説明です。）

つまり、
縦波とは、前の物を押したとき、押した方向に押す力が伝わる場合に発生します。
押しても力がほとんどかからない場合（押した感触がない場合）は、縦波が伝わりません。
空気は、押して圧縮する力（およびその逆）が押した方向に伝わるので、音という縦波を伝えることができます。


以下、蛇足。

道路を走る多数のクルマでも縦波が発生することがあります。
順調に等間隔にクルマが流れているけれども渋滞寸前、という状況を考えます。
先頭の１台がブレーキを踏んだとします。
すると次に、すぐ後ろのクルマもブレーキを踏みます。
次に、さらに後ろのクルマもブレーキを踏みます。
これの繰り返しで、クルマの減速が後ろ後ろへ伝わっていきます。
ブレーキを踏むのは人間なので、前の車が減速したということを非常に早く察知し、自分のクルマのブレーキペダルを踏みます。
よって、あっという間に、後方の多数のクルマに、どんどん減速が「伝染」していきます。
このことは、渋滞が発生する理由のひとつです。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
偏光板のページ見せていただきました。
偏光板というのは、ざるみたいなものですね。
少し違うかもしれませんが、特定の方向、つまり偏光板の目と同じ方向に振動する波だけを取り出すということですね。
よくわかりました。

どうして光波が横波なのか、という質問はそういうもの、という回答しかなかったですね。すみません。ただ、なかなか覚えられないもので、無理をお願いしてしまいました。

道路の渋滞の例は以前テレビでみたことがありました。
少しイメージしやすくなりました。ありがとうございました。

お礼日時：2007/06/24 00:27

No.5 回答者： YHU00444 回答日時： 2007/06/22 07:51

そもそも地震波のS波に限らず、力学的な横波は固体中しか伝わらないのですが、それは横波の復元力がせん断応力によるものだからです。

その一方で縦波の場合は圧力勾配が復元力として作用しますから、気体液体固体すべてで働くわけです（固体の場合は法線応力or圧縮応力と呼ぶべきですが）。

※さらに言えば、せん断応力は分子間の引力に対応する力で、圧縮力に比べるとどうしても弱くなりますので、それに呼応して波の伝播速度も遅くなります。だからP波S波と名前が付けられたんですね（P:プライマリー、S:セカンダリー）。

なお、電磁波が横波である理由は、マックスウェルの方程式を解けばそうなるというのが正しい答えなのですが、直感的には、電場の変化に対して磁場が直角に発生し、磁場の変化に対して電場が直角に生まれる、という自然の法則があるので、電場と磁場が互いに直交しつつ進行する波が生まれると考えればほぼOKでしょう。
http://homepage2.nifty.com/eman/electromag/wave. …

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
物理初心者としては、少し難しく、説明の意味というより、単語の意味がわかりませんでした。。。
理解できるようにがんばって勉強したいと思います。

お礼日時：2007/06/24 00:21

No.4 回答者： ntei 回答日時： 2007/06/21 17:44

長いスプリングが1本あります。

それを床の上で左右にふって出来る波（蛇みたいな形）が横波。


こんどは、前後にふってスプリングの巻き線が密な所と間隔の広い疎の部分ができるとそれが疎密波といって縦波です。

　||｜|　|　　｜　|｜||||｜|　|　　｜　|｜||||
　　　　　　⇔　　　　　　　　　⇔　　
　　↑こんな感じ

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
書いていただいた図に加え、みなさんに教えていただいた参考ページで、それぞれの波の動きはわかりました。
ですが、特徴というのでしょうか、なぜ、光波が横波なのか、というなにか理由はないんでしょうか。理由がわからないため、全然覚えることができません。
ありがとうございました。

お礼日時：2007/06/22 02:03

No.3 回答者： sanori 回答日時： 2007/06/21 17:43

＞＞＞

ここでの「媒質の単振動」とはどういう意味でしょうか。

単振動というのは、Ａsin(ωｔ+定数)（Ａsin(ωｔ+定数)でもよい）というふうに、簡単な三角関数で表される振動のことです。


＞＞＞
横波が、上下方向、縦波が左右に動くというのは、問題を解く上で覚えたのですが、覚えただけで、実際どう違うのかいまいちよくわかりません。

「上下方向」という考え方は、あまりよくありません。
波の進行方向と同じ方向で媒質が単振動するのが縦波、
波の進行方向と垂直な方向に媒質が単振動するのが横波です。

こちらのアニメーションをどうぞ。
http://home.kanto-gakuin.ac.jp/~nmaeda/escipk/in …


ちなみに、
縦波の「進行方向と同じ方向」というのは、一方向しかありませんが、
横波の「進行方向に垂直な方向」というのは、０度～３６０度の範囲の任意の方向です。
もしも横波の振動方向が一方向に統一された状態であるとすると、それを「偏向」（偏光）と言います。



＞＞＞
また、例として、光波や音波・・・などがあげられていますが、縦波と横波の違いがよくわからず、いまいち、どっちがどっちだか覚えられません。覚え方とかありますか。また、光波の問題、音波の問題をとく上で、それが横波、縦波であることは知っていないといけないのでしょうか。

ご質問文にある例を覚えるだけで十分です。
私もそれで間に合っていますし、万一、ほかの波について考えなくてはいけない場合も、上記の例のどれかから類推できます。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
イメージをみせていただき、それぞれの波の動きはなんとかわかったような気がします。
ただ、単振動は物理IIの範囲なので、勉強しておらず、
＞横波の「進行方向に垂直な方向」というのは、０度～３６０度の範囲の任意の方向です。
＞もしも横波の振動方向が一方向に統一された状態であるとすると、それを「偏向」（偏光）と言います。
のところが、少しわかりませんでした。

あとは、例にあげられている波がどうして、それぞれ縦波、横波なのか、という理由があれば教えていただきたいです。
理由もなく覚えるとすぐに忘れてしまいます。

ありがとうございます。

お礼日時：2007/06/22 02:06

No.2 回答者： d-l_-b 回答日時： 2007/06/21 15:57

http://www.ne.jp/asahi/tokyo/nkgw/gakusyu/hadou/ …
↑動画をご覧になったほうが分かりやすいと思います。
光波は偏光板で筋が垂直になるように重ねたとき真っ暗になるので、横波です。音波はスピーカーが振動している所をイメージしてみると、音のすすむ向きと振動する向きが同じなので、縦波です。こうすると覚えやすいです。

>>光波の問題、音波の問題をとく上で、それが横波、縦波であることは知っていないといけないのでしょうか。
センター試験では出される可能性があります。また、東大・医大などでも題材として使われたことがあります。例；超音波格子

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
＞光波は偏光板で筋が垂直になるように重ねたとき真っ暗になるので、横波です。音波はスピーカーが振動している所をイメージしてみると、音のすすむ向きと振動する向きが同じなので、縦波です。こうすると覚えやすいです。
とのことですが、残念ながら、偏向板やスピーカーが振動しているところ、をイメージすることができません。。。
勉強不足ですみません。
教えてくださり、ありがとうございました。

お礼日時：2007/06/22 02:01

No.1 回答者： Mr_Holland 回答日時： 2007/06/21 15:53

　このサイトを見てください。

http://www.ne.jp/asahi/tokyo/nkgw/gakusyu/hadou/ …

　上側が横波で、下側が縦波です。
　横波では、媒質上の点の位置は進行方向と垂直な向きにしか変わりません。
　一方、縦波では、進行方向と同じ方向にしか変わりません。

　「媒質の単振動」とは、この媒質上の点の動き方（単振動）のことを言っています。

＞また、光波の問題、音波の問題をとく上で、それが横波、縦波であることは知っていないといけないのでしょうか。

　知らなくても解ける問題もありますが、解けない問題もあります。
　知っておいたほうがいいでしょう。

　

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
これは、一点が黄色いボールで固定されているので、すごくわかりやすいですね。

ですが、
弦を伝わる波、光波、地震波（S波）が、横波、
地震波(P波）、音波が縦波というのは、理由、覚え方とかありますか？
○○だから光波は横波だ、と理由があれば覚えやすいと思うのですが。。。やはり覚えるしかないのでしょうか。
よろしくお願い致します。

お礼日時：2007/06/22 01:58