波動の問題
軸上を進む正弦波があり、位置 、時刻 における媒質の変位 が次の式で表される。
位置 、時刻 における媒質の変位 は何 m か。有効数字 2 桁で答えよ。
この問題で使うもの
- 正弦波の式(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(21 技能)
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右端(太枠)がこの問題で使う技能です。左へドラッグすると、さらに前の前提をさかのぼれます。技能を押すと、そこまでの道筋が光ります。
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「正弦波の式」を使います。与えられた式に、指定された と をそのまま代入すれば変位が求まります。
ヒント 2
まず括弧の中 を計算し、それに をかけて の中の角(位相)を求めます。
ヒント 3
括弧の中は となり、位相は です。あとは の値を考えます。
答えと解説
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解説を読む
正弦波の式 と比べると、この波は 軸の正の向きに進む波で、
振幅 、周期 、波長 であることが読み取れる。
指定された位置と時刻 、 を式に代入する。まず括弧の中を計算すると
したがって位相は
単位円より なので
よって、変位は (正の向きに最大)である。
別解
式に , を代入する。
、 なので、括弧内は 。
位相は 。
よって m。
検算:周期 s、波長 m の波で、、 であり、位相差 周期分が に対応する。したがって で、変位は振幅 m に等しい。