横波と縦波

【波の観察】
　波には｢横波｣と｢縦波｣の２種類があります．
例えば水波･光波･地震のＳ波は横波で，音波･地震のＰ波は縦波です．
ここでは，２種類の波の特徴を学習します．

まず下図の名称を確認して下さい．
①　青色の○印を｢媒質｣と呼び，波を伝える物質を表します．
　　例えば水波の媒質は水，音波の媒質は空気です．
②　赤色の直線を｢変位｣と呼び，波がない位置からの媒質の｢ずれ｣を表します．

【考察１】波の表示コンボボックスをに設定し，右方向に伝わる横波(ＳＩＮ曲線)を観察して下さい．

右方向に伝わる横波を見ていると，横波の媒質も右方向に移動しているように見えませんか？
そこでをクリックして，赤枠中の媒質に注目して下さい．
横波の媒質は上下に振動するだけで，右方向には移動しないことを確認して下さい．
例えば，無風状態の水面に浮かんだ木の葉は，上下にゆれるだけで波の進行方向には移動しません．

【参考】サーフィンのように，波によって物体が動く例もあります．
例えば波に乗ったサーファーは，波に乗って岸の方へ移動しています．
しかしサーフィンの例では，
①　波の形がＳＩＮ曲線ではなく，波頭が崩れるほど大きな波に乗っている．
②　サーファーは波に乗る前に，サーフボードを波の進行方向に進めている.
　　サーフボードの速度が遅ければ，サーファーは波に取り残されます．
　等，波に乗って移動するには特別な条件が必要です．

【考察２】波の表示コンボボックスをに設定し，右方向に伝わる縦波を観察して下さい．

をクリックして，赤枠中の媒質に注目して下さい．
横波と同様に縦波の媒質は左右に振動するだけで，右方向には移動しないことを確認して下さい．
考察１と考察２から，次の手順で横波と縦波の特徴を考えて下さい．

【考察３】波の表示コンボボックスをに設定し，縦波を横波に変換して表示する規則を観察して下さい．

横波と縦波の特徴が確認できましたか？
次に一定時間後の，波の変化を作図する方法を考えます．
【図１】では，点線の位置から実線の位置に移動する，
横波の変化がわかりやすく作図されています．
一方【図２】では，点線と実線が混じり合って
縦波の変化がわかりにくいです．そこで
縦波を横波に変換して表示する規則が考え出されました．

左図のように青色の縦波を横波に変換すると，赤色の波になります．
なお灰色の□印は縦波の媒質の初めの位置を表し，灰色の直線は□印と縦波の媒質を結んだ線です．
灰色の直線は，縦波が伝わっていない所では鉛直な線になり，
縦波が伝われば左右どちらかに傾いた線になります．
縦波を横波に変換する規則がわかりますか．
それではボタンを押して，縦波を横波に変換する規則を確認して下さい．

まず左図の水色の四角形内を見ると，縦波の媒質の全てが初めの位置から右向き(正方向)にずれています．
例えば灰色の斜めの線を見れば，Ａ点の媒質は右向き(正方向)のＢ点にずれています．
そこでＡＢを半径として，上向き(正方向)９０度の円弧を描くと，赤色の横波に接します．
その他の点も同様に描けば，横波の山形の部分が作図できます．

次に左図の水色の四角形内を見ると，
縦波の媒質の全てが初めの位置から左向き(負方向)にずれています．
例えば灰色の斜めの線を見れば，Ｃ点の媒質は左向き(負方向)のＤ点にずれています．
そこでＣＤを半径として，下向き(負方向)９０度の円弧を描くと，赤色の横波に接します．
その他の点も同様に描けば，横波の谷形の部分が作図できます．
縦波を横波表示する規則がわかりましたか？
それでは次の問題を考えて下さい

【考察４】下図は右向きに伝わる横波を表します．次のことを考えて下さい．

【考察４】下図は右向きに伝わる縦波を，横波に変換して表示したものです．次のことを考えて下さい．

はじめに縦波の媒質が初めの位置から右向きにずれているとき，
縦波の媒質は正方向にずれている(正の変位である)と約束します．