理科ラボ

物理基礎｜波（2）重ね合わせと定常波

波は重なっても通り抜け、重なった所は「足し算」

2 つの波が出会うと、重なった所の高さは足し算になり、通り過ぎたあとは元のまま。反射した波と重なると、進まない「定常波」ができます。予想してから5つのステップで確かめよう。

ことばの準備

さきに知っておくこと

    ステップ1

    2 つの波が出会うと？

    予想：ロープの両端から、山を 1 つずつ送った。2 つの山が出会うと、どうなる？

    点線＝それぞれの波、太線＝実際のロープの形（足したもの）。緑の点＝節、黄の線＝腹。

    予想を選ぶと、ここで条件を変えられるようになります。

    公式

    この単元の式

    名前式ことばで言うと・単位
    重ね合わせの原理y = y1 + y2重なった所の変位 ＝ 変位の和谷（マイナス）なら引き算になる
    節の間隔λ / 2節と節の間隔 ＝ 波長の半分腹と腹も λ/2。腹から節は λ/4
    波長の求め方λ = 2 × (節の間隔)波長 ＝ 節の間隔 × 2定常波の図から波長を読むときに使う

    定常波の図では、「腹と腹の間が 1 つの波」ではない。腹 2 つ分（節 3 つ分）で 1 波長。

    重要語句

    この単元でおさえること

    確認問題へ問題ページへ →実験道具：モノコードで音の高さと大きさ弦にできる定常波と音の高さを、自由に調べよう →

    実験のあとに読む

    なぜ波は「ぶつかっても はね返らない」のか

    何を比べる？

    左の波を山にしたときと谷にしたときの重なり、2 つ目の山の高さを変えたときの重なった高さ、固定端と自由端の反射、波長を変えたときの節の間隔を比べます。

    結果をどう考える？

    波は物ではなく「振動の伝わり」なので、同じ場所に 2 つの振動が同時に起こっても、それぞれ独立に伝わり続けます。重なっている間だけ、媒質の変位は 2 つの和になります。反射した波と進んでくる波が重なると、足し算の結果がいつも 0 になる場所（節）と、最大になる場所（腹）が固定され、進まない定常波になります。

    まちがえやすい点・モデルの条件

    定常波の節の間隔を「波長」と読んでしまうまちがいが多いです。節の間隔は λ/2。弦や気柱の問題では、図から波長を読むときに「節 3 つ分（腹 2 つ分）で 1 波長」と数えます。

    制作：現役の理科教員 ／ 制作の考え方