波動（知識）の問題

風のない空気中で、一定の振動数の音を出し続けるサイレンと、その音を聞く人を考える。

サイレンが人に向かって一定の速さで動くとき、サイレンは音を出しながら前進するので、サイレンの前方の空気中では音波の波長が、サイレンが静止しているときより短くなる。空気中の音の速さは変わらないので、人には振動数の大きい（高い）音が聞こえる。

一方、サイレンが静止していて、人がサイレンに向かって一定の速さで動くとき、空気中の音波の波長は変わらない。しかし、人から見た音波の速さが、空気中の音の速さに人の速さを加えたものになるので、人が単位時間に受け取る波の数が増え、やはり振動数の大きい音が聞こえる。

このように、音源や観測者が音を伝える媒質に対して動くことによって、観測者が受け取る音の振動数が、音源が出す音の振動数と異なって観測される現象を何というか。

風のない空気中で、一定の振動数の音を出し続ける音源と、その音を聞く観測者が一直線上にいる。音源と観測者の速さは、どちらも空気中の音の速さより小さいものとする。次の 2 つの場合を考える。

• 場合 1: 観測者は空気に対して静止しており、音源が観測者に向かって一定の速さで近づく。
• 場合 2: 音源は空気に対して静止しており、観測者が音源に向かって一定の速さで近づく。

空気中を伝わる音波そのものがもつ量のうち、単位 m（メートル）で表される量で、場合 1 では音源の前方（観測者のいる側）の空気中で、音源も観測者も静止しているときより短くなり、場合 2 では、音源も観測者も静止しているときと比べて変わらない量を何というか。漢字で答えよ。

音源が静止した観測者に向かって一定の速さで動く場合も、観測者が静止した音源に向かって一定の速さで動く場合も、観測者が聞く音の振動数は音源の振動数より大きくなる。しかし、振動数が変わるしくみは 2 つの場合で異なる。ただし、風はなく、空気に対する音の速さは音源や観測者の運動によらず一定であるとし、音源や観測者の速さは音の速さより小さいとする。また、音源や観測者の運動によって音の振幅は変わらないものとする。

音源が動く場合には、音源が 1 回振動する間に音源自身も前方へ進むため、1 回の振動で送り出される波が前方の空気中で押し縮められる。その結果、音源の前方の空気中にある音波の【 X 】が、音源が静止しているときより短くなる。一方、観測者が動く場合には、空気中にある音波の【 X 】は変化せず、観測者に対する音の相対的な速さが変わることによって、観測者が 1 秒間に受け取る波の数が変化する。

ここで【 X 】は、ある瞬間の空気中の音波を位置ごとのようすとして見たときに決まる量であり、時間をはかって求める量ではない。【 X 】にあてはまる、波の性質を表す量を何というか。漢字 2 文字で答えよ。

水面を進む波の伝わり方は、次のように考えると説明できる。ある時刻の波面上の各点を新たな波源とみなすと、それぞれの点から、波の進む向きの前方に向かって、もとの波と同じ速さ・同じ振動数の球面状（水面では円形）の波が出る。少し時間がたった後の新しい波面は、これらの多数の小さな波に共通に接する面（包絡面）として得られる。この考え方をホイヘンスの原理といい、波の反射・屈折・回折のようすを説明するのに使われる。

ホイヘンスの原理において、波面上の各点を波源として出ると考える、この球面状の小さな波を何というか。漢字で答えよ。

太陽の白色光をガラスのプリズムに通すと、プリズムから出た光は赤から紫までの色の帯に分かれる。これは、ガラスの屈折率が光の波長（色）によってわずかに異なり、波長の短い紫色の光ほど大きく屈折するために起こる。

このように、屈折率が波長によって異なることで、いろいろな波長を含む光がそれぞれの波長（色）の光に分かれる現象を何というか。漢字 2 文字で答えよ。