教科書（物理基礎） 問14：波の反射の法則

解法

直感的理解
ビリヤードの球が壁に当たって跳ね返るとき、入射した角度と反射する角度は等しくなります。波の反射も同じ法則に従います。角度は壁面（境界面）ではなく、壁面に垂直な線（法線）から測ることがポイントです。

波の反射の法則は次のように表されます。

反射の法則

$$ i = r $$

ここで \(i\) は入射角、\(r\) は反射角です。どちらも境界面の法線（境界面に垂直な線）から測ります。

具体例： 入射角が \(40°\) のとき、

$$ r = i = 40° $$

境界面となす角度は \(90° - 40° = 50°\) です。

法線から測る理由は、3次元の反射や曲面での反射でも法則が成り立つようにするためです。

答え：
反射の法則：入射角 \(i\) = 反射角 \(r\)。角度は境界面の法線から測る。
補足：入射角と境界面の角度の違い

入射角 \(i\) は法線（境界面に垂直な線）から測ります。境界面と入射波のなす角を \(\alpha\) とすると、

$$ i = 90° - \alpha $$

問題文で「境界面と \(30°\) の角度で入射した」と書かれている場合、入射角は \(90° - 30° = 60°\) です。問題文の角度の定義を必ず確認しましょう。

数値計算：40 × 90 = 3600 m/s

数値計算：40 × 90 = 3600 m/s

Point

入射角・反射角は境界面ではなく法線から測ります。スライダーで角度を変えて、入射角と反射角が常に等しいことを確認しましょう。