glairさんの質問「100kHz未満の電波というのはないのでしょうか? 」を拝見させていただきました。みなさんの回答の半分も理解できない私ですが、どうも電波(電磁波?)と音波の区別を理解してません。はたまた同じなのかも解かってないんですが、教えていただけませんか?

A 回答 (3件)

「波」というのは、何らかの物質を構成する媒質の振動が連続的に伝播するような物理現象です。

例えば、水面上に石を投げると
石が水に落ちたところから波が生じますが、この水の波は、水自身が波の進行方向に移動しているのではなく、水自体はある場所
で上下に振動しているに過ぎません。これは、波打っている水の上の葉っぱは上下に運動するだけで、波と共にすーっと横に動か
ないことからも容易に理解されることと思います。
つまり、波は通常、何らかの物質(媒質)が無いと起こりえない現象です(←ココ重要)。音波は気体・液体・固体のどのような
状態の物質中でも伝わります。気体中の音波は、気体の疎と密が伝わっていきます。ここでそれを模式的に表してみましょう。気
体を構成する分子を●や○で表現し、波の無い状態で、次の図(1)のように一次元的に媒質が並んでいるものとします。●と○の
違いには意味はありません。

(1)● ● ○ ● ● ● ○ ● ● ● ○ ● ● ● ○ ● ● ● ○ ● ● ● ○ ● ● ● ○ ● 

ここで、音波が伝播している気体があるとき、媒質●は、右へ行ったり左へ移動したりして、ある時刻での音波は次の図(2)のよう
に表せるでしょう。●と○の二種類の記号を用いたのは、媒質の動きを分かり易くするためです。

(2)●  ● ○ ●● ● ○  ●  ● ● ○● ● ●  ○  ● ● ●○ ● ●  ●  ○ ● ●● ○ ●

ここで、媒質が詰まっている(●●のところ)部分では、気体が密に集まっているということで、圧力が高い部分です。逆に疎な
部分(●  ●のところ)は圧力が低い部分です。
図(2)から少し時間が経つと、次の図(3)のようになります。

(3)●  ●  ○ ● ●● ○ ●  ●  ● ○ ●● ● ○  ●  ● ● ○● ● ●  ○  ● ● ●○ ●

(3)は(2)よりも、疎な部分と密な部分がちょっと右に移動しています。つまり、波は図の右方向に移動しているんですけど、ここ
で気をつけなければならないのは、(2)の媒質全体が右へ移動したのではないということです。上の図をよーく見ればわかりますが、
各●や○は、初めの状態(1)から、微小な距離だけ左右に振動しているだけで、右側に全部が移動しているのではありません。
気体中の音波はこのように疎密波(縦波)という形態で伝わりますが、固体中では(固体の種類にも依りますが)、縦波以外に
横波のモードも存在します。
次に、電磁波ですが、ななななな、なんと、電磁波には媒質がありません!!!
電磁波音波や水の上の波、縄跳もひもを揺らしてできる波、などとは全然違う波です。
媒質が無いのにどうして波の性質をもつのかを議論するためには、「場」の話をしなければなりません。とてもここで説明できる
量ではないですが、非常に簡単に言ってしまうと、sesameさんも述べているように、場とは「空間のゆがみ」のことです。
例えば、我々は地球と月は、お互いに引力で引き合って安定な状態にあるとか、リンゴが落ちるのは地球がリンゴを引っ張ってい
るからだということを知っています。しかし、このような万有引力は何故存在するのでしょう?
それに答えるために「場」の概念が必要です(歴史的には電磁気学から場の概念が誕生しました)。つまり、地球でも何でも、質
量をもつ物体は、あらかじめ周りの空間に影響を与えていて(これを「ゆがんでいる」と表現します)、そのゆがんだ空間の中に
別の物体Aを置くと、その物体Aに力が作用し運動を始めるわけです。言い換えれば、ゆがんだ空間とは、空間自体に、物体に与え
るためのエネルギーが潜在的に存在しているものなのです。
電波は、万有引力(重力場)とは通常別物と理解されている、「電場」「磁場」の2つの場によって起こるものです。そして、場自
体が波動の性質をもって伝播するのが電波ですが、上の気体の疎密波が、疎と密の周期性で構成されているのと同じように、電波
は、電場と磁場の大きさが周期構造をもっています。つまり電場と磁場の大きさが大小大小大小大小・・・・と繰り返されていく
構造です。歴史的に、光(電磁波の一種)に媒質があるかどうかは激しい論争がなされました。結局媒質は無いという結論ですが、
この辺のことをお知りになりたいのであれば、「エーテル」(←媒質のこと)、「光」などのキーワードで検索されると良いでしょ
う。
結局のところ、「音波」と「電波」は同じ波の性質をもちながら、そのメカニズムには大きな違いがあります。
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この回答へのお礼

思い出してきました。
”光は直線にしか進行しないことはない!”と磁場によって曲げられると昔、教えてもらった記憶が・・・。
素人相手に詳しく説明してくださってありがとうございました。

お礼日時:2001/03/13 18:04

音(音波)は物質の密度の差が伝わっていくものです。


「密度の差」というのは、何か物質をたたくとそこが一瞬圧縮されて、その圧縮されたところが波紋のようにさぁーっと伝わっていく、という状態をイメージしてもらえるとわかりやすいかも。
だから、伝える物質(空気とか、鉄の棒とか)がないところでは音は伝わりません。
それに対して電磁波は空間のゆがみそのものが(って想像しにくいですけど)伝わっていくものなので、間に物質がなくても伝わっていきます。というより、物質が全然ない方がよく伝わります。でないと、何億光年も離れた星の光(光も電磁波)が見えるわけないですよね。
何億光年も離れた星の音は聞こえません。間に伝える物質(空気など)がないからです。
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この回答へのお礼

解かってきました。
とは言え、「空間のゆがみ」って言葉はむずかしいですね。
ありがとうございました。

お礼日時:2001/03/13 18:00

電波は,進行方向を垂直方向に電力の波と磁力の波が伝わっていくものです。


電子レンジに金属を入れると火花がでるのは,波として伝わっている電力を短絡(ショート)させることになるからです。
音波は,単なる音の振動が空気を振動させながら伝わっていくだけのものです。
ですから,周波数とは無関係で,60kHzの電波も存在すれば,60kHzの音波も存在しますが,それぞれ別のものです。
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この回答へのお礼

なんとなくつかめてきたような・・・。
ありがとうございます。

お礼日時:2001/03/13 17:52

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Q◇電磁波と音波の波長と周波数について

 最近、レーザー光と電動歯ブラシを使う機会があり、疑問に思ったので質問します。

 レーザー光を発射する機械であれば、例えば775nmの波長のエネルギーを出力するエネルギーの振動数は、それが電磁波のエネルギーであるとすれば1秒間に30万km進むから 30万km÷775nm≒387GHzとなります。しかし、音波のエネルギーとして考えると340メートル÷775nm≒439MHzとなります。おそらく前者だと思いますが。


 又、1分間に2万回振動する電動歯ブラシは、1秒間に約333回振動するので333Hzです。

 そのとき、そのエネルギーを音波として考えると340m÷3333≒1で、波長は約1メートルの長さになると思いますが、振動させるエネルギーを電磁波として考えれば、光を始めとする電磁波は1秒間に約30万km進むと思いますので、30万km÷333≒900km の波長となると思います。

 どちらなんでしょうか?

Aベストアンサー

こんにちは。

>>>どちらなんでしょうか?

電磁波のエネルギー、波長は、電磁波として考える。
音波のエネルギー、波長は、音波として考える。
ということになります。


電磁波(レーザー光など)を音波のエネルギーとして考えるためには、
電磁波を音波に変換して考えなければいけません。
たとえば、電磁波を集光して、電源なしのゲルマニウムラジオのアンテナに当てる、などです。
変換してから、初めて、
音速 ÷ 音波の波長 = 音の振動数
という考え方になるのです。

逆に、音のエネルギーを電磁波のエネルギーとして考えるためには、
音を電磁波に変換して考えなければいけません。
たとえば、音を反射などで集めて、それをマイクロフォンに入れて、
増幅しないで電気信号として取り出し、
それをさらに電磁波に変換する、などです。

なお、上記の「変換」は、現実には効率100%にはできないと思いますので、
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Q電波や音波(音圧)は距離の二乗に反比例して減衰する

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 「原理やメカニズム」というような難しいことではありません。

 まずは、二次元(平面)で考えてみましょう。

 ある「点」から平面の全周方向に均等に電波や音波や放射線が強さX(=単位時間当たりの「放出エネルギー」とか「放出個数」)で出たします。分かりやすく「放出個数」にしましょう。
 距離Aのところでは、半径Aの円周は「2パイA」ですから、円周の単位長さ当たりの通過個数は「X/(2パイA)」ですね。
 距離「2A」のところでは、半径「2A」の円周は「2パイ×2A=4パイA」ですから、円周の単位長さ当たりの通過個数は「X/(4パイA)」です。つまり、距離Aのときの1/2になっています。

 二次元では、「強さは距離に比例して小さくなる」ということです。「円周の長さが半径に比例して大きくなる」ことに伴って、「円周の単位長さを通過する個数は半径に反比例して小さくなる」のです。


 これを、三次元(立体)で考えます。

 ある「点」から全立体方向に均等に電波や音波や放射線が強さX(=単位時間当たりの「放出エネルギー」とか「放出個数」)で出たします。ここでも、分かりやすく「放出個数」にしましょう。
 距離Aのところでは、半径Aの球の表面積は「4パイA^2」ですから、球面の単位面積当たりの通過個数は「X/(4パイA^2)」ですね。
 距離「2A」のところでは、半径「2A」の球の表面積は「4パイ×(2A)^2=16パイA^2」ですから、球の単位表面積当たりの通過個数は「X/(16パイA^2)」です。つまり、距離Aのときの1/4になっています。
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 三次元では「強さは距離の二乗に比例して小さくなる」ということです。「球の表面積が半径の二乗に比例して大きくなる」ことに伴って、「球の単位表面積あたりを通過する個数は半径の二乗に反比例して小さくなる」ということになるわけです。


 「電波や音波(音圧)は距離の二乗に反比例して減衰する」というのは、その発信源が「点」であることを前提にしています。
 「強さ(強度)」とは、「単位面積当たりの通過個数(あるいは通過エネルギー)」ということであり、「発信源(点)を中心とした球の表面積に反比例する」というのは、至極当然のことです。

 

 「原理やメカニズム」というような難しいことではありません。

 まずは、二次元(平面)で考えてみましょう。

 ある「点」から平面の全周方向に均等に電波や音波や放射線が強さX(=単位時間当たりの「放出エネルギー」とか「放出個数」)で出たします。分かりやすく「放出個数」にしましょう。
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