高校物理基礎

波の重ね合わせの原理とは

この記事で学べる内容

波の重ね合わせの原理とは

波の重ね合わせの作図

波の基本的な用語の説明が終わったので,本格的に波の性質について勉強していきましょう。

物体と物体が衝突すると音が鳴ったり跳ね返ったりしますが,波と波がぶつかるとどうなるのでしょうか?
今回は,「波と波がぶつかったらどうなるのか」についての内容を,わかりやすく簡単に解説していきます。

波の重ね合わせの原理とは

波の重ね合わせの原理

波と波が重なり合うとき,その高さはそれぞれの波の高さの和となる

波の重ね合わせの原理とは,波と波が重なり合うとき,その高さはそれぞれの波の高さの和となるという原理です。

波の重ね合わせの原理とは

2つの波がぶつかるとき(重なるとき),合成波ができます。
合成波の大きさは,2つの波(3つ以上のときもある)の高さの合計です。

その後,何事もなかったかのように波はすり抜けて進みます。これを波の独立性といいます。

音波を想像すると分かりやすいと思います。
音と音を同時に聞くと,大きな音として聞こえます。(波の重ね合わせの原理)
また,音と音はすり抜けて進みます。(波の独立性)
声と声がぶつかって跳ね返ったなんて聞いたことありませんよね。

波の重ね合わせの原理の作図方法

波の重ね合わせでは,作図の問題を出題されることがあります。
合成波を作図するときは,それぞれの点の高さを足し合わせましょう。

合成波の作図

例えば,上図の波の真ん中では,緑の波も青の波も高さが1なので,足し合わせると高さが2になります。

合成波の作図2

この図のように,山と谷がぶつかっている部分では,波の高さは小さくなります。

真ん中の部分は,緑の波の高さは2,青の波の高さは-2なので,足し合わせると大きさは0になります。

ノイズキャンセリングの仕組み

波の重ね合わせの原理を用いることで,ノイズキャンセリングをすることができます。
ノイズキャンセリングイヤホンは,耳栓のように周りの音を遮断しているわけではありません。

ノイズキャンセリングの仕組み

ノイズを検知し,ノイズと逆位相の波を作ります。
ノイズと逆位相の波を重ね合わせることで,ノイズを打ち消し,周りの音が聞こえなくなるという仕組みなのです。

例題

図のように,互いに逆向きに進む2つのパルス波がある。1秒で1目盛り進むとき,2秒後と3秒後の合成波の波形を作図しなさい。

重ね合わせの原理例題
解答

2つのパルス波を2目盛り・3目盛りずつ進ませ,合成しましょう。

2秒後

3秒後

まとめ

波と波がぶつかったとき(重なったとき),2つの波の合計の大きさになる合成波ができます。
合成波を作図するときは,それぞれの点での波の高さを足しましょう。

また,波と波がぶつかった後は,波の独立性により,何事もなかったかのようにすり抜けて進みます。

 

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