教科書(物理基礎) 問8:波形の移動

解法

直感的理解

波が右に進むとき、波形全体が vt だけ右にずれます。速さ 2.0 cm/s の波が 2.0 s 後にはどの位置にあるか、スライダーで時間を変えて確認しましょう。

速さ 2.0 cm/s の正弦波が 2.0 s 間に進む距離は 4.0 cm です。波長 8.0 cm、振幅 3.0 cm の波を考えます。

$$ vt = 2.0 \times 2.0 = 4.0\,\text{cm} $$ $$ y(x,t) = A\sin\left(\frac{2\pi}{\lambda}(x - vt)\right) $$ $$ y = 3.0\sin\left(\frac{2\pi}{8.0}(x - 2.0 \times 2.0)\right) = 3.0\sin\left(\frac{\pi}{4}(x - 4.0)\right) $$
答え:波形を進行方向に vt = 4.0 cm だけずらした形
補足:波の式から移動を確認

\(y = A\sin(kx - \omega t)\) で \(t\) を増やすと \(kx - \omega t = \text{const}\) の位置が右にずれます。\(\Delta x = \frac{\omega}{k}\Delta t = v\Delta t\) です。

Point

波形の移動量は vt(速さ×時間)です。波の形(振幅・波長)は変わらず、位置だけがずれます。