技能一覧 › 高校地学 海洋

浅水波(長波)の速さ

波長が水深に比べて十分長い波の速さ を使って、水深から波の速さを求め、水深の違う海域での速さを比較できる

前提

この技能までの道筋(20 技能)
算数中学高校大学大学院

読み込み中…

右端(太枠)がこの技能です。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。

一覧で見る(前提が先)
  1. 音の伝わり方と大きさ・高さ (中学理科 物理分野の用語と知識)
  2. 音の振動数と波形 (中学理科 光と音)
  3. 速さと平均の速さ (中学理科 運動とエネルギー)
  4. 波の要素と波の基本式 (高校物理 波動)
  5. 分数のたし算・ひき算 (算数 計算と数のきまり)
  6. 小数の四則計算 (算数 計算と数のきまり)
  7. 正負の数の加法・減法 (中学数学 数と式)
  8. 分数のかけ算・わり算 (算数 計算と数のきまり)
  9. 四則の混じった計算の順序 (算数 計算と数のきまり)
  10. 正負の数の乗除・累乗と四則混合 (中学数学 数と式)
  11. 約数の見つけ方 (算数 整数の性質)
  12. 素因数分解と約数の個数 (算数 整数の性質)
  13. 平方根の意味と根号の簡単化 (中学数学 数と式)
  14. 根号の乗除と加減 (中学数学 数と式)
  15. 分配法則を使った計算のくふう (算数 計算と数のきまり)
  16. 文字式の計算(同類項・分配法則) (中学数学 数と式)
  17. 乗法公式による展開 (中学数学 数と式)
  18. 分母の有理化 (中学数学 数と式)
  19. 乗法公式・分配法則を使う根号の式の展開 (中学数学 数と式)
  20. 根号を含む式の計算と分母の有理化 (数学I 数と式)

説明

津波や潮の満ち干のように、波長が水深よりずっと長い波を浅水波(長波)といいます。浅水波の速さは、重力加速度の大きさ と水深 だけで決まり、 と表されます。この技能では、この式を使って水深から波の速さを求めたり、水深の違う海域で速さがどれだけ違うかを比べたりできるようになります。外洋で発生した津波が沿岸に届くまでの時間を見積もる場面などで使います。

なぜそうしてよいのか

ふつう私たちが海岸で見る波(風で立つ波)は、波長が水深に比べて短く、水が動くのは海面近くだけです。ところが波長が水深よりずっと長い波では、海面から海底までの水全体がいっしょに水平に行ったり来たりします。このとき、水を動かす原因は「水面が高いところは水圧が大きく、低いところは小さい」という水圧の差、つまり重力です。重力が強い( が大きい)ほど水を押し戻す力が強く、また水が深い( が大きい)ほど動ける水の層が厚くて波の形が速く伝わります。逆に、波長や周期は速さに関係しません。

速さが と だけで決まるなら、その組み合わせ方は単位から見当がつきます。 の単位は 、 の単位は なので、 の単位は で、その平方根をとるとちょうど速さの単位 になります。詳しく計算すると係数は 1 になり、

が成り立ちます(この式は、波長が水深に比べて十分長いときにだけ使えます)。

この式から、速さは水深の平方根に比例します。水深が 4 倍になれば速さは 倍、水深が になれば速さは になります。津波が外洋(深い海)ではジェット機ほど速く、沿岸の浅い海に近づくと遅くなるのはこのためです。なお、波が水深の違う海域に進んでも周期(振動数)は変わらないので、 より、浅い海で速さが小さくなると波長も短くなります。

手順

  1. 波長が水深に比べて十分長い波(浅水波)であることを確かめる

  2. 問題文から水深 と重力加速度の大きさ を読み取り、 を m に直す(km で与えられたら )

  3. に代入して速さを求める。根号の中は のように整理すると計算しやすい

  4. 2 つの海域で比べるときは、 を使う( は約分で消える)

  5. 問題文の指示どおりに丸め、問われた単位で答える

例題

水深 の外洋を伝わる津波の速さは何 m/s か。津波の波長は水深に比べて十分長いものとし、重力加速度の大きさを とする。有効数字 2 桁で求めよ。

例題の解答

手順 1: 津波の波長は水深に比べて十分長いので、浅水波の式が使える。

手順 2: 、。

手順 3:

なので

手順 5: 有効数字 2 桁に丸めて 。

答え:

よくある誤り

この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。

入口の問題

この技能を使う問題

この技能の次に学べること