先に学ぶ内容単振動

ばねでつないだ粒子から波へ

張った弦では、粒子が上下に揺れ、山が右へ進む。張力を変え、山が2.0 m⁠進む時間を比べる。

張力100 N→400 N⁠で、山が2.0 m⁠進む時間は何倍か?

式から現象を説明する

  1. 12⁠つのおもりをばねでつなぐm d²x₁dt²=⁠−k x₁+⁠k (x₂ − x₁)……
  2. 2揺れ方を2⁠つに分けるω₁ = √(km)⁠,ω₂ = √(3km)……
  3. 3多数の粒子をばねで一列につなぐm d²yjdt²=⁠k (yj+1 − 2yj + yj−1)……
  4. 4張った弦の小さな部分に働く力を求めるρa d²yjdt²≒⁠(Sa)(yj+1 − 2yj + yj−1)……
  5. 5波長に比べて間隔a⁠が小さいとき、左右の傾きの差を2⁠階微分で表すyj+1 − 2yj + yj−1≒⁠a² ∂²y∂x²……
  6. 6運動方程式に入れて、波動方程式にまとめる連続の極限で∂²y∂t²=⁠c² ∂²y∂x²……
  7. 7弦の波の速さを求めるc=⁠√(Sρ)……
  8. 8形を保って進む解を見つけるy=⁠f(x − c t)……
  9. 9正弦波を式で表すy=⁠A sin 2π(tT − xλ)……
  10. 10揺れる向きを変える∂²u∂t²=⁠c² ∂²u∂x²……
  11. 11間隔a⁠を残したまま、正弦波を入れるv=⁠c×⁠sin(πa/λ)πa/λ……