波の撮影について

横波が広がっていく様子を撮影したいと考えています。

①振動源から同心円状に広がる様子
②振動源が移動したときの様子（移動方向では波がつぶれ、逆方向では波が広がる）

これらを撮影したく、お風呂に水をはり、絵の具で色をつけたのですが、うまく撮影できませんでした。

みなさん、知恵を貸してください！

No.3 回答者： himagene 回答日時： 2024/08/18 21:11

なるべく大きなバットの底に平らな板を沈めて水深を１cmくらいにして上から照明を当てれば波の凸レンズ効果で波が底板の上に明るいスジとなって見えます。

昼間の太陽を使うのが楽かも。バットや浴槽の壁から反射する波を減らす必要もあります。絵の具を使うのは逆効果ですね。
水面に起こる波は深さによって性質が違います。水槽は浅い方がいいです。その理由は分散（周波数あるいは波長による波の速さの違い）がないからです。波長よりも深いと分散があるので、いろんな速さの波が混じって綺麗な波ができにくいです。
振動源はどうします？電磁石（スピーカでもいい）で針先を振動させるのが一番良さそうな気がします。
浅い場合（波長の半分以下の深さ）の波の速さはvp=√(gh)です。gは重力加速度でhは深さですから、大体vp=0.3m/sですね。振動源の移動速度はこれより遅くします。10Hzで振動させると波長は概ね3cmですから、非常に見やすくなると思います。何か（できればアクリル板かガラスのような透明なもの）を沈めて水中の一部の深さを変えると波の屈折が観察できるでしょう。

No.2 回答者： stomachman 回答日時： 2024/08/18 00:17

底が透明で真っ平らな広い水槽に浅く水を張る。

狭いと反射波が生じるので具合が悪い。底の下に方眼紙的なモノを敷いておけば、波ができると真上から見た像が歪むのがわかるだろう。撮影はできるだけ高いところからやりたいわけだが、振動源装置が写ってしまっては具合が悪い。また、振動源装置が水面に接したまま移動したのでは航跡波が生じてしまう。そこで振動源としては、(A)炭酸ガスレーザを使って一定の時間間隔で水面の一点をパルス状に加熱する。(B)カメラの視野外にある装置からうんと小さいが空気抵抗が小さいモノ（たとえば極小のベアリングの玉）を一定の時間間隔で落とす。などの手段を使う。狙う位置を一定の速さで移動させる必要があるんで、振動源装置を載せた台車が一定の速さで水平のレール上を走る仕組みを用意する。
…てな感じでどうでしょう。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます！
ちょっと私には難易度が高そうですが、底に方眼紙を敷く等は全く気づきませんでした！
航跡波（初めて聞きました！）とかも考慮しないとダメですよね…。

いただいたアドバイスを元に挑戦してみます！

お礼日時：2024/08/18 10:38

No.1 回答者： yhr2 回答日時： 2024/08/17 15:13

水に色を付けるよりも、そのまま水面の反射を利用して、「写っているものが動く」ようにとる方がうまくいくのでは？

たとえば、こんな動画を参考に。
↓