縦波 - 定義、式、図

機械的な波は、横波と縦波の 2 つのカテゴリに分類できます。地震の P 波、音波、超音波は縦波の例です。海の波と電磁波は横波です。このブログは、縦波の定義、その種類、およびその特性について学ぶことに焦点を当てています。

縦波とは?

定義

縦波の定義によれば、縦波は、波が進行するのと同じ方向に媒質が変位する波です。

波の波長は、互いに連続する縦波の希薄化または圧縮の 2 つの領域の中心間の距離です。これはラムダ (λ) で表されます。 2 つの波の希薄化と圧縮の領域が一致する場合、それは建設的干渉と呼ばれます。一方、縦波の希薄化と圧縮の領域が一致しない場合、それは破壊的干渉と呼ばれます。

圧縮されたコイル スプリングの一方の端を離すと、圧縮の波がその全長にわたって移動し、その後に伸び領域が続くことがわかります。波とともに動くばねのコイルにはポイントがあります。同じ経路に沿って戻り、中立位置を通過してから、再び動きを反転します。同じ圧縮と希薄化は、空気中を移動する音波によって経験されます。この圧縮と希薄化は、波が前後に移動するにつれて媒体の方向に発生します。

縦波フォーミュラ

縦波の式は次のとおりです。

y(x,t)=cos[ω(t−xc)]

ここで、

x は、波の発生源からポイントが移動した距離を表します

y は進行音波上の変位点を表します

t は経過時間を表します

y0 は振動振幅を表します

ω は波の角周波数を表します

cは波の速度を表します

量 x/c =時間 (波が x の距離を移動するのにかかる).

次の式で波の周波数 (f) を表すことができます:

f=ω2π

ここまでで、縦波とその式が何であるかを明確に理解できたことを願っています.それでは、音波と圧力波とは何かを学びましょう。

圧迫と希薄化

振動音叉は縦波を発生させることができます。振動すると、近くの空気粒子が押し出されます。その前方への動きは空気分子を水平方向に押しますが、フォークの後方への後退は、空気粒子が左に戻ることを可能にする低圧の領域を作り出します。

空気粒子は縦方向に移動するため、圧縮されるポイントと、さらに広がるポイントがあります。これらの領域は、それぞれ圧縮および希薄化と呼ばれます。気圧は圧縮領域では高く、希薄領域では低くなります。下の図は、空気中を伝播する動く音叉によって生成される音波を表した図です。図で波の圧縮と希薄化を確認できます。

音波

音波は、導電性媒体を通過する粒子の振動運動によって生成される縦波です。音叉は縦波の例（音波の例）です。

音波における波の振幅は、波によって生成される圧力の最大量と、乱されていない状態の空気の圧力との差として定義できます。音の伝播速度は、伝播する媒質の組成、種類、温度によって異なります。

圧力波

音は、媒体を介して移動する低圧領域と高圧領域の繰り返しパターンで構成される縦波であり、圧力波と呼ばれることもあります。検出器で音波を検出すると、検出器を音波が伝搬する際の圧力変動を検出することができます。ある時点で、デバイスは、検出部位での縦波の圧縮の到着に対応する高圧を検出します。別の時点で、検出器は通常の圧力を検出します。最後に、検出部位での希薄化の到達に対応する低気圧を検出します。検出装置によって検出されるこれらの圧力変動は、一定の間隔で定期的に発生します。

したがって、圧力対時間のグラフ表示は正弦曲線として表示されます。この曲線のピークは圧縮を表し、低いポイントは希薄化を表します。ゼロ点は、外乱に直面していない場合に空気が持つ圧力を表します。以下は、空気中の波の縦方向の性質と、特定の点でそれによって作成される圧力時間変動との関係を示す図です。

したがって、音は圧縮領域と希薄領域を持つ空気中を伝搬する縦波です。音は空気やその他の媒体を伝わる縦波であるため、空気粒子の動きは横方向には発生しません。したがって、これらは確かに縦波です。

縦波の特徴

圧縮

圧縮とは、波の粒子が互いに最も近くにある縦波の領域を指します。

希少性

これは、波の粒子が互いに最も離れている縦波の領域を指します。

波長

波の波長とは、波の連続する 2 点間の距離を指します。これらの 2 つの連続したポイントは、2 つの希薄化または 2 つの圧縮の間にある可能性があります。言い換えれば、波長は、波の 1 周期で媒質内の擾乱によってカバーされる距離です。パターンは波によって 1 サイクルごとに繰り返されるため、波長は繰り返しパターンの長さを表す場合があります。

この長さは、通常、横波のある波の頂点から隣接する波の頂点までを測定したものです。また、ある波の谷から隣接する波の谷までを測定することもできます。縦波には谷も山もないので、その波長を計算する別の方法があります。縦波は、希薄化と圧縮の繰り返しパターンで構成されています。ここでは、ある圧縮から次の圧縮までの距離、またはある希薄化から次の圧縮までの距離として波長を測定します。

振幅

振幅は、静止点からの波動粒子の最大変位として定義できます。縦波における振幅は、媒質内の平衡位置から希薄化または圧縮領域までの距離です。

期間と頻度

周期は波が 1 つの波長を完了するのにかかる時間であり、1 秒あたりの波長の数は縦波の周波数です。

縦波と横波の違い

結論

ブログを読んだ後、試験の縦波についてよく寄せられる質問のほとんどに答えられるようになることを願っています。もう一度注意深く読んで、基本的なレベルで概念を明確にしてください。

よくある質問

1.音の特徴は何ですか?

音の特徴は、高さ、質、大きさです。ピッチとは、高い周波数または低い周波数の範囲での音波の位置です。音の質とは、ある音を別の音と区別することを可能にする特性です。音の大きさは、その強さを指します。

2.池の静かな水に小石を落とすとどうなりますか?

池の静かな水の中に小石を落とすと波紋ができます。これらの波紋は広がり、交互の山を形成し、円形です。この擾乱は、空気粒子を振動させる運動エネルギーの結果として発生します。この運動エネルギーは次の層に伝達され、波紋が形成されます。

3.機械的な波動とそのタイプを定義する

機械的な波は、伝達媒体を通してエネルギーを伝達する物質を振動させることによって作成されます。機械的な波には、横方向と縦方向の 2 種類があります。縦波は、媒体の振動の方向が波の方向と平行になるものとして定義できます。ただし、媒体の変位は、波の移動方向です。その主な特性は、希薄化、振幅、圧縮、周波数、および周期です。

4.横波と縦波の主な違いを述べてください。

縦波は媒体の方向に伝搬しますが、横波は媒体の方向に垂直に伝搬します。横波は谷と山で構成され、縦波は希薄化と圧縮で構成されます。