✨ ベストアンサー ✨
同じ質問をされているのが気になったので。
自分にわかる範囲でもう少し詳しく説明します。是非最後まで読んでください。
まず、前提として、「直線の波」と言っておられますが、そもそもどこかが動かなかったら波とは言わず、ただの物体と言いますから、どこかが動くということはわかるのではないでしょうか。そうすると、「直線の波」というのはどこも動かない(縦波でない限り)ということになってしまいますから、おかしいですよね。というわけで、時間が経つとこの波がどうやって動いていくのかを考えていかなければなりません。
さて、その動き方というのは、高校範囲ではとりあえず二種類、正弦波(波源が1つの時)と定常波(2つの波源から同じv,f,λ,T,振幅の波が出る時 反射の時は必ず起こる)があります。正弦波は海で見られる波ですから、イメージが湧きやすいと思いますが、定常波は日常にあまりないもので、イメージしにくいと思いますから、Youtubeでどんな波か見ることをお勧めしました。ここからは、定常波がどんな波かわかった前提で行きます。
定常波がどんな波かわかった上で、時間が経つとこの波がどんな動きをするのかを図にしたものが先程あげた部分です。入射波は実線、反射波は点線、合成波(定常波)はオレンジで表しています。この図からは、時間が経っても全く動かない部分(節)と、時間が経つと大きく動く部分がある(腹)ことと、あなたが言っている「直線」は、T/2(周期が4秒なら2秒ごと、周期が2秒なら1秒ごと…)に現れる、断片的な姿でしかないというのがわかると思います。
こうやって、どういう動きをするのか聞かれたら、図を一つだけ見ていても絶対にわかりません。この図1つだけを今回みたいに見ていると、「直線になって動かない」と思ってしまうかもしれませんが、これはあくまで「ある時刻における」図であって、入射波は動いているわけですから、それにつれて定常波がどうなっていくのか、複数の図を使って考えるようにしてください。
この図をかけたら、定常波の節の位置はわかると思います。即ち、t=T/4に注目すると分かりやすいですが、x=1,3,5m(答えるときは〜.0と書いて)です。
2分の1tに着目してもいいのですか?
こんなに細かく説明していただき本当にありがとうございます😊もう一度自分の中で整理してよく考えてみます。
直線になるのはT/2ごとですから、理論上はそれ以外を選べばどんな時でもいいです。ただし、手書きでは書きにくい状況が多いので、書きやすいT/4を選びました。
それだけでは不安になるようでしたら、エクセル等を使って図を書いている人をこのアプリで見たことがありますので、やってみてはいかがでしょうか(自分は機械音痴なのでできませんが)。
ちなみにt=T/4の図を少し詳しめに書いたものを。
補足ですが、図を見てもらうとわかると思いますが、
①入射波・反射波の波長の1/4λごとに腹と節が交互に来ることと、腹同士や節同士の間隔は1/2λであること
②反射する時固定端は定常波の節、自由端は定常波の腹であること
の2つは、ゆくゆく‘常識’のように扱われますから、これを使って、「自由端だからx=6.0mは腹、節と腹の間隔は1/4λ=1.0mだからx=5.0mは節、節同士は1/2λ=2.0mだから、節の位置はx=1.0, 3.0, 5.0m」と考えると時間短縮できるようになります。