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高校物理について質問です。
波形が進行しない波を定在波、波形が進行する波を進行波と教科書に記されていますが、波形が進行するしないってどーいうことですか?あまりイメージが湧きません。

A 回答 (5件)

下記のような動画を見れば分かると思います。

理屈よりも、まずは「直感」で。
右に進む「進行波」と左に進む「進行波」を重ね合わせると、進行しない「定在波」(定常波)ができます。

https://nagatabi-p.jimdo.com/%E7%AC%AC3%E7%B7%A8 …

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%AE%9A%E5%B8%B8 …
(下の方の動画)
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波が進行するとは何かを、まず考えるといいですね。

海の波を見ていると、山になった水の塊が、遠くから近づくので、波が進行する様子がわかりますが、そもそも波は、ボールが飛んできたり、自動車が近づいてきたりするのとは進行の意味が違います。海の波で言えば、水はその場で上下に動いているだけなのに、その上下動が、次から次へと、隣に伝わって、まるで、波全体が進行しているかのようにみえるわけですね。波形が進行するっていうのはそういうことです。池に投げた石が落ちたところの水がくぼんで、そのくぼみが周りに伝達する・・・あれです。

その波ですが、2つの大きさの波がやってきたとき、波の大きさや形や、山谷のタイミングがぴったりすると、山と谷になる場所は上下しますが、動かない場所はずっと動かず、その場で水が上下しているだけになります。これが波が進行しない状態で、定在波と言います。お風呂で水面を揺らすと、定在波を作ることが出来ますよ。
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イメージとしては、(スポーツの)スタジアムの観客(媒質)が起こす通常のウェーブが進行波です


このとき、観客は隣の席の観客よりわずかにずれたタイミングで立ったり座ったりしています
なので、観客全員(すべての媒質)がタイミングをずらして最大の上下動(振動)をしていることになります。
言うまでもなく波の山(谷)は隣の観客から隣の観客へと進んでいく(伝わっていく)ように見えます。

一方、定常波が通常スタジアムに現れることはありません。
観客ABCDEFG・・・が1列に並んでいるとして
A,Gは座ったまま(振動しない、言い換えれば上下動しない)
B,Fは少しだけ腰を浮かしたり(中腰)、座ったりという事をする(小さく振動、上下動)
C,EはB,Fよりも高く腰を浮かしたり座ったりする(中程度に上下動)
Dは立ったり座ったりする(最大限に上下動)
といういうことを、波に見えるようにDの上下動にタイミングを合わせてBFCEも上下動するとき定常波ができます。
この様子を思い浮かべてもらえると見当が付くかも。
一番よく振動する点(D)も全く振動しない点(A,G)も常に同じ席(位置)にあるので
時間経過と共に波の山(谷)は同じ位置(D)に出来ることになるので、
山(谷)がE→F→Gへ伝わっていくようには見えない、つまり波が進んでいくように見えない。これが定常波です。
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「定常波」の画像検索や動画検索をしてみるのが手っ取り早いです。

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定常波とは、山とか谷とかがいつまでも同じところにある波。



定常波を作る波自体は進行するのだけど、複数の波が干渉し合ってそういう現象が起こります。
両端が固定された波の場合、「残った共振波のうち、『行く波』と『反射して戻る波』の干渉」です。

ま、振幅と弦の長さがちょうど割り切れる関係になっていると、
波のエネルギーの重ね合わせが
「山」+「山」になるところ、
「谷」+「谷」になるところ
が移動しないのですね。
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