正弦波の固定端・自由端反射において受験で問われやすい特徴を紹介します。
固定端・自由端反射って何??って人はまずこちらの記事を読むことをお勧めします。
前回の記事でも載せたグラフを再掲します。
〜 | 入射波 | 〜〜(点線) | 反射波 |
・ | 波源 | 〜〜(実線) | 合成波 |
押さえておきたいポイントは以下です。
- 波源〜反射板の区間は入射波と同じ波長、2倍の振幅の定常波(節・腹の位置に注意!)
- 波源より先は入射波と同じ波長の進行波(振幅は波源ー反射板の距離に依存)
それぞれ解説していきます。
波源〜反射板の区間(重要)
波源〜反射板の区間は、同じ波長・振幅をもつ入射波と反射波が逆向きに進んでいるので、定常波が発生します。
図のように、進行波と反射波が完全に重なった時を考えると分かりやすいです。振幅は進行波の2倍、波長は進行波と等しくなります。(波長 ≠ 腹間隔であることに注意!)
入試でよく問われるのは腹・節の位置や個数です。
自由端反射では反射板上が腹に、固定端反射では反射板上が節になることと、腹間隔 = 波長 ÷ 2 になることを意識して毎回自分でグラフを書いて考えるのがオススメです。
波源の先(反射板が無い側)
波源より先は、同じ波長・振幅をもつ入射波と反射波が同じ方向に進むので、進行波が発生します。
波長は進行波と等しくなるので分かりやすいですが、注意すべきは振幅です。
振幅は波源位置における定常波の変位の最大値となります。(波源位置において合成波は連続)
つまり振幅は波源ー反射板の距離に依存するので、次の図のように波源が定常波の節となると波は発生しません。
Images are created with the Desmos Graphing Calculator, used with permission from Desmos Studio PBC.