つねぴーblog

元「とある研修医の雑記帳」。アウトプットが趣味です。医学以外の事も投稿するやもしれません。

高校波動まとめ

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適当にまとめ

水の振動:水自体が進行するわけではなく、上下運動の繰り返し、つまり振動が順次周りに伝えられていく現象を波動。
ナミを伝える物質をナミの媒質という。

波源が単振動をすると、正弦曲線の波形を持つ波が生じるとき、この波形の波を正弦波という。波形は一定の早さで媒質中を伝わっている。このように、媒質中を一定方向に一定の早さで進む波動を進行波という。

媒質の動きを上下とすれば、波の動きが左右と考えることが出来る。

波長:同じ振動の状態の隣り合う二点間の距離λ
周期:波動が1波長だけ前進する時間
振動数(周波数):単位時間に媒質の一点を通過する波の数fを周波数という。


波長λを波の速さvで割れば周期Tが求まる。
1振動の時間がTであるから、振動数fは1/Tとなる。

【音と光の違い】

あるa Hzの音波(1秒間にa周期)があり音速を340m/sとします。
1秒間について考えると、340mの間にa周期の波が詰まっていることになるので、
1周期の長さ(波長)=340/a (m)となります。

人間の可聴域はおよそ20〜20000Hzですので、
可聴域の波長は0.017〜17mとなります。


一方、可視光線の波長は350〜850nm
=0.00000035〜0.00000085mです。

音の波長の方が長い。

【波長の長さの例】

波長が短い電磁波の例としては健康診断などで用いるX線があります。波長が長い電磁波の例としてはラジオ波があります。ラジオ波がなぜ家まで届くかというと、波長が長いためビルなども越えていけるためです。



【ソフトバンクのプラチナバンド】

プラチナバンドの周波数帯域(900MHz帯)は振動数が小さい故に、波長が長い。
周波数について
周波数とは「波長」が1秒間に通る波(電波)の数のことです。
単位はHzで、1秒間に30回あったら、30Hzです

ではどうして波長が長いと電波が届きやすいのか:


【何故電波は見えないのか】
電波は光と同じ性質を持っているのですが、目で見ることはで
きません。なぜでしょうか?
それは、人間の眼が光を感じる仕組みに、理由があります。人
間の眼に可視光という波長域の電磁波があたると、光のエネルギー
により化学反応が起こって神経が刺激され、その刺激が脳に伝わ
り、光を感じることができます。ところが、電波のエネルギーは
可視光よりもエネルギーが小さいため、人間の眼では化学反応を
起こすことができず、光として感じることができないのです。
ちなみに、どれくらいエネルギーが小さいかというと、たとえ
ば、テレビ放送で使っている電波のエネルギーは、可視光のエネ
ルギーのおよそ 1000 万分の 1 程度しかありません。

【宇宙には空気がないのに何故電波が伝わるのか】

真空の宇宙では、音は伝わることができません。音は空気の波(つまり、振動)なので、空気のない宇宙空間では、波が存在することができないのです。 ところが電波は、電気と磁気の時間的な変化が波として伝わるため、空気のあるなしにかかわらず、空間を伝わることができます。光が宇宙空間を伝わってくるのと同じように、電波もはるか宇宙の果てからでも、私たちの地球まで伝わることができるというわけです。

【電子レンジも波の性質を利用】

PHS などの通信関連ですが、ほかにもたくさんあります。
電波の持つ「物を温める(加熱)効果」を利用したのが、電子
レンジ。水は極性分子なので、プラス・マイナスの極を持っていて、これが電波によって分子が
振動し、摩擦熱を発生し、食品の内部から発熱するのです。濡れタオルは含んだ水が温まる事で熱くなりますが、乾いたタオルは水分
を含まないため熱くなりません。


【TVや携帯の電波の違い】

テレビとラジオと携帯電話、それぞれに使われている電波は周
波数が違いますし、電波に情報を入れる方法にも違いがあります。
テレビの場合、およそ 100 MHz 付近の VHF 帯と 400 MHz
付近の UHF 帯が使われています。AM ラジオは 1 MHz 付近、
FM ラジオは 80 MHz 付近です。携帯電話では、おもに 800 MHz
付近の電波が使われます。


波長が短いほど
エネルギーが大きいので貫通力は強いです
X線は人間の体を通り抜けます
ガンマ線を遮るには厚さ1メートルのコンクリートが必要です
一方赤外線は人体に吸収されるので貫通することはできません
波長が長い電磁波は伝搬経路の粒子と衝突することが少ないので遠くまで届く
波長が短い電磁波は伝搬経路の粒子と衝突することが多くあちこちと反射されて直進しにくいので遠くには届きにくいのです



【音階】

例えば音階のドレミファソラシドは低い音から徐々に高い音になっています。実際ドと比較すると、1オクターブ高いドは2倍高い音になっています



レーダー波はこのスワンボートを、スルリと回り込んで通りぬけてしまいます。 障害物が波長より短いと、回折によって波が通過してしまい、反射が起きないのです。 つまり、レーダに電波は返って行きませんから、電波がぶつかってるのに探知不能。 ダメじゃん。 もっとも逆に言えば、長い波長(低い周波数)の電波は、障害物を乗り越えやすい、 という特徴があることになります。 なので、目標のサイズが決まっているなら、そのサイズより短い波長の電波を撃ちださねばなりませぬ。 3mのスワンボートが相手なら、レーダー波の波長は3m以下(100MHz)である必要があり、 余裕を持って2m(150MHz)くらいの波長が望ましいことになります。 これならば… 波は障害物を回り込めず、回折が発生しません(厳密には多少通過してしまうらしい)。 キチンと電波の反射が発生して、これをレーダーで拾えます。 以上の理由により「レーダの使う波長は目標より短くないと役にたたない」わけです。