波動の問題
軸の正の向きに進む正弦波がある。ある瞬間の波形で、山から隣の山までの距離は である。また、媒質の各点が 1 回振動するのにかかる時間は である。この波の速さは何 か。有効数字 2 桁で求めよ。
この問題で使うもの
- 波の要素と波の基本式(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(4 技能)
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ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
技能「波の要素と波の基本式」を使います。問題文の「山から隣の山までの距離」と「1 回振動するのにかかる時間」が、それぞれどの波の要素にあたるかを考えましょう。
ヒント 2
山から隣の山までの距離は波長 、1 回振動する時間は周期 です。 と を使います。
ヒント 3
、 です。 となるので、あとは に代入します。
答えと解説
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解説を読む
手順 1:波の要素を読み取る
山から隣の山までの距離は波長 です。媒質の各点が 1 回振動するのにかかる時間は周期 です。
手順 2:振動数を求める
振動数 は 1 秒間に振動する回数なので、 が成り立ちます。
手順 3:波の基本式で速さを求める
波は 1 周期 の間に 1 波長 だけ進みます。1 秒間には 回振動するので、 個分の波長だけ進みます。これが波の基本式 です。
と直接計算しても、同じ結果になります。
したがって、波の速さは です。
別解
山から隣の山までの距離は波長なので 。媒質の各点が 1 回振動する時間は周期なので 。波の速さは 。検算:振動数 より となり一致する。