正弦波の式   関連問題


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周期T,波長λ,振幅Aの正弦波の、位置xにおけるt 秒後の変位yは、
で与えられる。δ は、初期位相と呼ばれる。
正弦波の
振動数がf,波の進む速さがvのとき、位置xにおけるt 秒後の変位yは、
 (波の公式を参照)
とも表される。

媒質中に
単振動するものが並んでいて、単振動が一定の速さvで伝わっていく波動を考えてみます。
位置における単振動に注目したとき、単振動の振幅をA,周期をT,初期位相をδ として、時刻t における変位yは、
 (波動現象を参照) ・・・�@
で与えられます。
位置xまで、波が速さvで伝わるとして、時間かかります。
位置xにおける単振動は、における単振動から時間遅れた単振動になります。位置x,時刻t における変位yは、位置における単振動において、時刻t から時間だけ前、つまり、時刻における変位と同じです。
よって、�@の
tをで置き換えて、
 ・・・�A
�Aのグラフは、�@のグラフをt 軸正方向にだけ平行移動したものになっています。
波長をλとすると、, (波の公式を参照)より、�Aは、
 ・・・�B
となります。
これが、
x軸正方向に速さで伝わる正弦波の式です。
x軸負方向に速さで伝わる波の場合、位置xにおける単振動は、における単振動から時間進んだ単振動になります。位置x,時刻t における単振動の変位yは、位置における単振動において、時刻t から時間だけ後、つまり、時刻における変位と同じです。
よって、�@の
t をで置き換えて、
 ・・・�C
�Cのグラフは、�@のグラフをt 軸負方向にだけ平行移動したものになっています。
より、

 ・・・�D
となります。
�Bと�Dを比較すると、小カッコ内のとの間の符号が異なることがわかります。
x軸正方向に伝わる正弦波では負、x軸負方向に伝わる正弦波では正、になります。との間の符号によって、どちら向きに進む波かを判断できます。

�B,�D式の中カッコ内を位相と呼びます。sinの右に来るものは、三角比では角ですが、波動では位相と言います。
�B,�Dの
δ は、における位相を表していて、初期位相と言います。

�B式を、とを入れ替えて、

 ・・・�E
と書いている参考書もありますが、これは実質的に�Bと同じものです。
�B式の
δ をと入れ替えると、 (三角関数を参照)より、
となります。�Bと�Eとは初期位相の見方が違っているだけです。波の速度、波長、周期、波の進む方向に違いはありません。

�Aで、とすると、

となります。これもx軸正方向に速さvで伝わる正弦波を表します。
x軸負方向に速さvで伝わる正弦波は、
となります。


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