波の性質�@（波とは何か。波の伝わり方の理解）

今年度の取り組みとして，ハイスピードカメラ（カシオ　EX-FH100）を使うことにしました。 15,000円もしないでハイスピードカメラを取り入れられるなんてすごい技術革新！ （ただ画像はそれなりです。載せているものもハイスピードで取り込んで， Windowsムービーメーカーで切り取っていますので，荒いです）。ウェーブマシンもはやいので， いままで見ることができなかった波形が見ることができますし， 弦の振動などいままでストロボで見ていたものをストロボを使わずにみることができる。 ストロボはすごくたのしいですが，授業で使うと現象そのものよりも ストロボに興味が行ってしまいがちでしたので，利用価値があるように思います。 「物体の運動」など力学にも応用が利くはずです。 来年度いろいろ試してみたいともいます。

１．導入

では，今回から「波」に入っていきます。
まず「波というとどんなものがありますか？」
→海の波，地震，音，波動拳（！？）･･･
波動拳はどうかよくわかりませんが，そういったものが波です。
そして海の波が一番なじみが深いのですが，ここでは「ザブーン」という波は扱いません。 海の波は非常に複雑な波なのです。
水面を指でチャプチャプというくらいの水面波を考えてください。

正確には，「正弦波」というサイングラフ（コサインでもよい）で表される波を扱います。

２．波とは？（媒質は移動しない）

→答えは「ウ．上下に動く」です。これが波のはじめのポイントです。

では突然ではありますが，前列の5人で手をつないで，サッカー場で見られるウェーブを 連続的にやってみてくれない？
うーん，これは正確には波はありません。君たちの場合は意思を持って自分で動いているからね。 本当の波とは強制的にエネルギーが伝わって行きます。
しかし，ウェーブには波の性質の重要なものが含まれています。
それは「ウェーブをしたら，波は右から左へ移動していくが， ウェーブした人はその場で上下運動しているだけ！」ということです。
つまり，波は移動し，エネルギーも移動していくが， 波を伝える物質（媒質という）は，その場で振動しているだけです。

３．1回振動すると，1個の波が通過する！

ここに「ウェーブマシン」というものがありますので，これで確認してみましょう。

実際やってみると，波が通り過ぎても媒質（1本1本の棒）は上下に振動するだけで， 横方向には移動しないことがわかったと思います。

左側に指が写っていますが，真ん中から上に行って，下に行って，真ん中に戻ってきています。
つまり「1個の波が通過するとき，媒質は1回振動する」わけです。

生徒から質問
真ん中から上に行って，また真ん中まで。つまり半分だけ振動させたら， どんな波ができますか？

実際にやってみせました。答え）山だけができます。

また，重要なことですが，波は蛇のようにニョロニョロ進むのではなく， スーッと水平移動しているもわかりましたか？

４．波の公式

振れ幅の半分を「振幅」といい，A[m]（ampulitude）で表します。（ギターの「アンプ」と語源は一緒）
1個の波の長さを「波長」といい，λ[m]（ラムダとよむ）で表します。
1回振動するのにかかる時間を「周期」といい，大文字のT[s]で表します。
1秒間に振動する回数を「振動数」といい，f[Hz]（frequency）（単位はヘルツ）で表します。
←実際にウェーブマシンでやりながら説明

振動数と周期にはどのような関係があるでしょうか？

「10秒間で5回振動したときの周期と振動数を求めてください。」
→周期T＝10秒／5回＝2[s]　　　←周期の単位は[s]ですが，[s/回]の回が省略されています。

→振動数ｆ＝5回／10秒＝0.5[Hz]　　　 ←振動数の[Hz]＝[回/s]ということ（重要！）。

これらの求め方から理解できると思いますが，周期と振動数は逆数の関係にあります。
ｆ＝１/T
です。

さきほど，「1個の波が通過するとき，媒質は1回振動する」といいましたが， 1個の波の長さは波長λ，1回振動する時間は周期Tですので，
「1周期たてば，波は1波長進む」と書くこともできます。

よって，波の速さvは， ｖ＝λ/T
と書くことができます。
ただし，なぜかみんな先程の関係を使って変形した。
ｖ＝ｆλ
と記憶しています。

５．まとめ

今日から波に入りました。今日のポイントは「波は進行しても，媒質はその場で振動する」 ということです。次回はグラフについてもう少し詳しく見ていきましょう。

授業を終えて。。。
ウェーブマシンをみてもどうしても生徒は動いていく波をみてしまい， １つ１つが上下運動していることをつかみずらいが，ハイスピードカメラでやると上下運動がはっきり認識できる。

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