問題100 y-x図とy-t図

解説

直感的理解
y-t図からy-x図への変換は、正の向きに進む波の場合「左右反転」です。y-t図で「これから(未来に)起こる振動」は、y-x図では「手前(負の方向)にある波」に対応します。

Step 1:基本量の読み取り

y-t図から周期を読み取ると:

Step 2:y-x図の決定

正の向きに進む波のy-t図からy-x図を求めるには、y-t図を左右反転させます。

y-t図で \(t = 0\) において \(x = 0\) の媒質が \(y = 0\) で正の向きに振動し始めているなら、y-x図では \(x = 0\) で \(y = 0\) かつ負の \(x\) 方向に向かって正弦波の山が見えます。

数値計算:y-xから \(\lambda=4.0\) m、y-tから \(T=2.0\) s:

$$v = \lambda/T = 4.0/2.0 = 2.0 \text{ m/s}$$ $$f = 1/T = 1/2.0 = 0.50 \text{ Hz}$$ $$\text{4.0 m を 2.0 s で進む}$$
答え:
(1) \(T = 2.0\) s、\(f = 0.50\) Hz、\(\lambda = 6.0\) m
(2) y-t図を左右反転した波形(負の正弦関数のy-x図)
(3) \(y = -A\sin\left(\frac{2\pi}{\lambda}x\right)\) の形の波形
補足:y-t図とy-x図の関係まとめ

正の向きに進む波:y-t → y-x は左右反転

負の向きに進む波:y-t → y-x はそのまま

覚え方:波の進む向きと時間の向きが「逆」なので、正の向きの波では反転が起こる。

Point

y-t図から基本量を読む:周期 → 振動数 → 波長(\(\lambda = vT\))。y-t図からy-x図への変換は、正の向きの波では左右反転。