定在波は、反対方向に移動する 2 つの波の組み合わせによって形成されますが、周波数と振幅は同じです。定在波は、波の動きが特定の有限空間内に制限されている場合にのみ形成されます。より具体的に言えば、定在波は時間内に振動する波ですが、そのピーク振幅プロファイルは空間内で移動しません.
定在波とも呼ばれ、干渉によって定在波が形成されます。ご覧のとおり、波が重なると、それらのエネルギーは相殺されるか、または加算されます。同じ方向に進行する波の場合、干渉によって進行波が発生します (定在波の反対)。
定在波 (写真提供:Wjh31/Wikimedia Commons)
定在波はどのように生成されますか?
ギターの弦を弾くとします。これを行うと、ギターのボディ内に振動が発生します。これは、より具体的には機械的な波と呼ばれます。このような振動する楽器は、これらの振動によって生成されたエネルギー (音波の形で) が空気中を移動して耳に到達するため、音を生成します。楽器自体 (この場合はギター) 内で発生する振動は定在波と呼ばれます。
定在波は、その動きが特定の有限領域に制限されている場合にのみ作成できます。ギターの弦の振動をもう一度考えてみましょう。
キャプション:弦を弾いたときに弦がどのように振動するかに注目してください。
ギターの弦 (あなたが弾いた) の両端は、片側がブリッジで、反対側がフレットボードの指で制限されていることを知っています。弦を弾いた瞬間、前述の弦の各境界で波が反射します。波のエネルギーは、両端の間を行ったり来たりしながら広がります。干渉のプロセスにより、定在波が生成されます。
定在波の節と腹
定在波は、「通常の」波とは異なり、片側から反対側に移動しているようには見えないため、そのように呼ばれます。むしろ、立ったまま手を振っているように見えます。
すべての定在波パターンには、媒体に沿って静止しているように見える特定のポイントがあります。これらの点はノード、または「変位のない点」と呼ばれます。定在波の各振動サイクル中に最大変位を受ける媒体に沿った特定のポイントもあります。これらの点は波腹と呼ばれます。
次の gif を見て、節と腹をよりよく理解してください。
上記の gif で、波にはまったく動いていないポイント (ノード) がいくつかあり、次に、隣接する 2 つのノードの中間に、弦の動きが最大の偏差を持つポイント (腹) があることがわかります。
定在波比とは?
定在波比 (SWR) は、定在波の腹 (最大) での振幅と節 (最小) での振幅の比率です。
有限で非ゼロの SWR を持つ波を見ると、波が部分的に移動し、部分的に静止していると見なすことができます。純粋な定在波は SWR が無限大です。純粋な定在波について注意すべき興味深い点は、ソースから宛先にエネルギーを移動しないことです!ただし、波は依然として媒質内の損失の影響を受けます。
CB 無線 SWR メーター (写真提供:Vaughan Weather/Wikimedia Commons)
定在波比という用語は、送信アンテナの設置と調整に役立つため、電気通信および無線工学の分野で最も重要です。そのため、(SWR メーターと呼ばれる装置を使用して) SWR をチェックすることは、どのラジオ局でも標準的な手順です。
定在波の例
前述のギターの弦を弾く例は、定在波が生成される良い例です。それ以外にも、縄跳びの両端を2人で揺らしている様子も、定在波の考え方がよくわかるビジュアルです。同期してロープを振ると、ロープに沿ってロープの弧が最大になるポイント (腹) とロープがほとんど静止するポイント (節) で、上下に振動する波のパターンを形成できます。
2 人が縄跳びを同期して振ると、縄跳びが形成する波のパターンは定在波と非常によく似たものになります。 (画像クレジット:Pixabay)
定在波は音波にも見られます。定在波の存在は、フルートやギターなどの楽器で最も顕著です。定在波は、光共振器、導波路などの光学媒体でも観察できます。X 線間の干渉でさえ、X 線定在波場を形成できます!
