問9で、sinθ=√3/4なのは何故ですか？

例題 2 屈折波の波面 図のように,平面波が境界面に達した。 屈折 波の波面を作図せよ。 ただし, 媒質 I に対す る媒質ⅡIの屈折率を2 とする。 2 (+式 (9)) から, 01=n12=2 V₂² V₁ T 境界面 -= 1212 V₁ 指針 屈折の法則 -=n1z(p.152・式(9))から, 媒質ⅡIにおける波の速さが,媒質 V2 Iにおける速さの何倍になるかを求める。 ホイヘンスの原理にもとづいて素元波を描 き, 屈折波の波面を作図する。 解 媒質 I, I における波の速さをそれぞれ v1, v2 とすると, ma 逆の屈折る V₁ V2 V2 であり、媒質 Ⅱ における波の速さは, 媒質 Ⅰ における速さの1/12/2になる。図のように,B2 からAB におろした垂線とA,B との交点 B2C の素元波 (半 をCとして, B, から半径 円) を描く。 このとき, B2 からこの素元波に 2 引いた接線が, B2 を通る屈折波の波面となる。他の波面は,入射波の波面と境界面の『 交点から,この接線に平行な線を引くことで求められる。 B1 B2C 2 B2 入射波 の波面 媒質 Ⅰ A2 媒質 ⅡI] 屈折波 の波面 入射波 の波面 媒質 Ⅰ 媒質 Ⅱ 問9 類題例題2で,入射波の波面と境界面のなす角を60° とする。このときの屈折角 を0として,sin0 の値を求めよ。答えは分数のままでよく, ルートをつけたままでよい。 8 平面波 障害物に を送ると, にまわりこ 回折は, 部分にも すき間 (a))。 した る (図 波長よ の

なぜ点Cから接線を引くのですか？

基本例題 56 波の屈折 媒質1の中を矢印の向きに進んできた平面波が境 界面 XY に入射し、 屈折して媒質2へ進む。 図はあ る瞬間の入射波の山の波面を示す。 入射波の波長は 3.0cm, 振動数は8.0Hz. 媒質1に対する媒質2の 屈折率は 2.0 とする。 X Y (1) (a) 媒質1の中での波の速さひ は何cm/sか。 AS-803-08-19日 媒質 2 (b) 媒質2の中を進む波の波長 2 は何cmか。 (2) 図の時刻における屈折波の波面 (山を連ねた線)を作図せよ。 08 より, 02= 2=1 媒質2での波の速さは媒質1での波の速さの半分となる。 指針 (2) 2.0 V2 解答 (1) (a) v=fd = 8.0×3.0=24cm/s 3.0 (b) 11 = n12=2.0入2= =1.5cm 2.0 1₂ (2) 右図のように, 媒質1での波の進行 方向BC をかく。 Aで媒質2に入っ た波の速さは, 媒質1での速さの半 分となるから, Aを中心として半径 媒質 1 が 1/2/BC がBCの円をかく。 Cからこの円 に引いた接線の接点をDとすると,AD が屈 折波の進行方向となる。 よって CD が屈折 波の波面と 媒質 1 なり、他も B これと平行 に入射波の 波面とつな がった直線 をかく。 XA C Y 媒質2 半径=12/BC

(2)なぜ点Cから接線を引くのですか？

基本例題 56 波の屈折 媒質1の中を矢印の向きに進んできた平面波が境 界面 XY に入射し、屈折して媒質2へ進む。 図はあ る瞬間の入射波の山の波面を示す。 入射波の波長は 3.0cm. 振動数は8.0Hz. 媒質1に対する媒質2の 屈折率は2.0 とする。 (1) (a) 媒質1の中での波の速さは何cm/sか。 (b) 媒質2の中を進む波の波長 2 は何cmか。 (2) 図の時刻における屈折波の波面 (山を連ねた線) を作図せよ。 解答 (1) (a) v=fd = 8.0×3.0=24cm/s (b) 1¹ =1 λ2 (2) 右図のように、媒質1での波の進行 方向 BC をかく。 Aで媒質2に入っ た波の速さは, 媒質1での速さの半 分となるから, Aを中心として半径 が1/12 BCの円をかく。Cからこの円 3.0 2.0 媒質 1 X Sol 指針 (2) 2.0= より, v=媒質2での波の速さは媒質1での波の速さの半分となる。 V1 V2 = n12= 2.0 A2= -=1.5cm 10 Y に引いた接線の接点をDとすると, AD が屈 折波の進行方向となる。 よって CD が屈折 波の波面と 媒質 1 なり,他も B これと平行 に入射波の X_A 波面とつな がった直線 をかく。 D 媒質 2 C Y 媒質2 半径=1/2BC

(2)のDでの位相の変化がπになるのは何故ですか？ 屈折率がより大きい媒質との境界面で反射する時に位相がπズレるのでは無いのでしょうか。

412. 薄膜の干渉 空気中を進んできた単色光が, 油膜 の表面, および裏面で反射する。 油膜への入射角を Q1, 屈折角を 62, 光の波長を入, 油膜の厚さをd, 油の屈折 率をnとする。 nは水の屈折率よりも大きいとして 次 の各問に答えよ。 空気 油 n 0₁ A 日 2 A' B ©2020Viacom I 02.02 CA (1) 油膜中での光の波長はいくらか。 水 (2) 点C, および点Dで反射する光の位相の変化は, そ れぞれいくらか。 (3) 光の屈折によって、波面 AA'は油膜中で波面 BD になる。 油膜の裏面で反射する d 0₂ 光が余分に通る経路 BC+CD を求めよ。 (4) 膜の表面、および裏面で反射した光は、点Dで出あって干渉する。m=0,1,2,…. として,反射光が強めあう条件式を示せ。 例題54

この問題の（3）何ですけど、、強め合う点は、山と山、谷と谷、弱め合う点は山と谷、谷と山じゃないですか。それで右上のグラスから読み取って数を数えて問題解いたんですけど、強め合う点が5本になっちゃうんですけど、なぜですか？答えは7本です。どう読み取ったらできますか

■24~25 制限時間10分 15点満点 問3 図のように、水面上で12cm離れた2つの波源 A, B が同位相で振動して、振幅の等しい波長4.0cmの波を出し している。 図の実線はある瞬間における波の山の波面破 は谷の波面を表している。 水面波の減衰は考えないものと する。 (1) 線分ABの中点は、2つの波が強めあう点か, 弱めあう点か (2) A,Bからの距離の差が10cmである点Qは、強めあう点か、認めあう点か。 (3) 線分AB上 (A,Bを含む)に強めあう点を連ねた双曲線と弱めあう点を連ねた双曲 9=480 弱よわめあう 線は何本ずつ描けるか｡ (1) 波が常に同位相で干渉するので、強めあう点である。 (2) A,Bが同位相で振動しているとき、両波源からの距離の差を1 [cm], 波長を (1=mλ 強めあう [cm] とする (m=0, 1, 2, …..)。 { 1 = ( m + 1/2 ) 2. 弱めあう Z=10cm, i = 4.0cm であるから 10=1212×5.0 で,弱めあう点である。 x=6-2m よりx=0, 20, 4.0 12 18 (3)(1)よりA,Bの中点は強めあう点である。そこから=2.0cmごとに強めあう点がある ので、0≦x< のとき (12-xx=mi (m=0,1,2,...) x<1/2のと 3)各2点 05256 ~// J 2x=12-mx4.0 2x≤12r-(12-x) = m (m= 0, 1, 2, ...) x=6+2m よりx=6.08.0、10、12 以上の7点となる。 また、弱めあう点は強めあう点の間にある｡(強めあう点から でx=1.03.0、5,0 7,09.0、11の計6点となる。 (1)(2)各1点 (1) 強めあう点(2)弱めあう点 (3) 強めあう点の双曲線:7本、弱めあう点の双曲線: 6本 6≦x≦12 12 2x=12+mx4.0 =1.0cmの位置)にあるの 12

この波の干渉で、弱め合う点、強め合う点の問題なんですけど、これって強め合う点は、8個であってますか？間をとって、予想したんですが、 あと、これで、図だけで読むと3つ目の問題みたいに、強め合う点が、5本になって、7本にならなかったりするんですけど、図だけ読むとなんでできないん... 続きを読む

図のように, 水面上で 10.5cm 離れた2つの波源 A, B が逆位相で振 動して, 振幅の等しい波長 3.0cm の波を出している。 図の実線はある 瞬間における波の山の波面, 破線は谷の波面を表している。 水面波の 減衰は考えないものとする。 (1) 線分ABの中点は,2つの波が強めあう点か, 弱めあう点か。 (2) A, B からの距離の差が 4.5cm である点は, 強めあう点か, 弱めあう点か。 (3) 弱めあう点を連ねた曲線を図に示せ。 (1) 波が常に逆位相で干渉するので,弱めあう点である。 (2) 波源 A, B が同位相で振動しているとき, 両波源からの距離の差を [cm], 波長を i [cm] とする (m=0, 1, 2, ...)。 l=ma •••••• 強めあう { 1 = (m + / -) ₁. (1=m² ••••••弱めあう 11 = (m+1/12 ) .... 強めあう n+ l=4.5cm, i = 3.0cm であるから4.5= (3) 山の波面と谷の波面の交点を連ねた曲線をかく。 (右図) 国 線分AB上で弱めあう点をPとし, AP=xとする。 10.5 P10.5-x- 0≤x< のとき (10.5-x) x=m² (m=0,1,2, ...) 10.5 3m x= 2 10.5 ･･････ 弱めあう 2x=10.5mx3.0 より 2x10.5 のとき 2x=10.5+mx3.0 以上の7点となる。 波源 A. B が逆位相で振動しているので 5=21/2×3.0=(1+1/2)x3 ×3.0で、 強めあう点である。 -10.5- 1.5 4.5 7.5 x= 2 2 2 + x- (10.5-x)=mi (m=0, 1,2,...) 10.5 3m 2 B より x= 13.5 16.5 19.5. 10.5 2 2 2 7点

なぜ急にルートがつくのでしょうか．波の屈折の途中計算です

とS2を除いた6個。 真ん中に腹がある 点がこの場合の節 家を描く。 線に垂直 射波を描 反射波 入射線 II 屈折波 W したがって, 0.58倍 (3) 波の速さv[m/s] は, 水深ん [m] の平方根に比例すること から,v=k√(kは比例定数) とおける。 水深9.0m の領域 における波の速さをv] [m/s ] 浅瀬における波の速さを v2 [m/s〕, 水深 9.0m の領域の水深を1 (9.0[m]), 浅瀬 247 4 16 の水深を〔m〕 とすると、屈折の法則 n12 = ひより. V2 9.0 √3=- Vi h₁ 19.0 V h₂ √ h₂ ゆえに,h= -= 3.0[m] 3 V2 (4) 右図のように, h3> hhs の水深が海岸に近づくほど小さ (4) くなる海底が続いているとすると、射線は矢印のように回り 込んでくる。 海岸に近いところでは水深が0mに近づくので, sin i Vi において, sin r V2 波の速さも0m/s に近づく。 屈折の法則 v2→0m/sと考えると, sin r→0, すなわち, r→0° となる。 したがって, 屈折角は0° に近づく。 これは, 波面が海岸線 と平行になることを意味する。 海岸 2516.30 01|=FORK CH 深さん3 HA h5 17

(3)について x=0で腹になるのは何故ですか？

[A] 平面波Aがx軸の正の向きに伝わっている場合を考える。 図1は時刻 t = 0 で の波のようすで,y軸に平行な実線は隣り合う波の山を表している。 平面波Aに よる水面の変位を原点O(0, 0) において” (0, 0, t) とすると,その時間変化は 図2で表され, ZA (0,0,t) = asin sin (2 t) である。ここで, a は振幅, Tは周期である。 (11 入 y (3) T 今 ZA(0, 0, ť) 図 1 (1) 平面波 Aの伝わる速さを求めよ。 (2) 平面波 A による水面の変位を座標 (x, 0) において z(z, 0, t) とする。 ZA (T, 0, t) をとを含む式で表せ。 (3) 平面波 A を完全に反射する壁を=0 (y軸上) に鉛直に立てると,x≧0の 領域には定常波が生じる。 壁が波を自由端反射するとして, ≧0の領域の 軸上で水面が振動しなくなる場所のうち、原点に最も近い位置の座標を求 めよ。 N MA (212QZA(2.0.4)=astinz 図2 -7- (1-7)

問3で、解答のマーカー部がわかりません。よろしくお願いします。

次に、図1の振動板を取り除き, ついたての隙間をふさぐ。 そして, ついたて から20cm離れた点 A の位置で水面に浮かべた小球を振動数 5.0 Hz で上下に振 動させると,点Aから波長10cmの円形波の水面波が発生した。 十分に時間が 経過すると,水面上には、ついたてに入射する波とついたてで反射した波が弱め 合う点を連ねた曲線が現れた。 図3中の実線(-) と破線 (-----) は,点Aを 中心に広がる波の、ある瞬間の隣り合う山と谷の波面をそれぞれ表している。た だし、波がついたてで反射する際に波の振幅および位相は変わらないものとする。 また、水面で発生した波は正弦波と考えてよいものとし、水槽内での波の減衰や 水槽の壁面での反射は無視して考えるものとする。 水面波 ① 1 ⑤ 5 ------ 2 ------ 66 ついたて 図 3 B 10 問3 ついたてに垂直で点Aを通る直線がついたてと交わる点をBとし (図 3), 水面上に波が弱め合う点を連ねた曲線が現れているときを考える。 点Aと 点Bの間を通る弱め合う点を連ねた曲線の本数として最も適当なものを 次の①~⑧のうちから一つ選べ。 ただし、 弱め合う点を連ねた曲線が点A または点Bを通る場合には,それらの曲線は除いて考えるものとする。 17 本 20cm n ③3 Ⓒ7 15 44

写真は波の強め合い(弱め合い)について説明しているものです。青線部に書いてあることが丸々わからないです。どういうことか詳しく解説おねがいします。

Q&A ○図を見ると山と山が重なっていない点にも強め合いの線が描かれていますね。 右の図で細い線は少し時間がたったときの 波面。山の重なりはP'へ移っているね。 そ のうちPには谷と谷がさしかかることにな る。 強め合いの線に沿って見ていくとデコボ コしてるわけだ。 一方,弱め合い線上での変位はどこも 0 で水面はじっとしているんだよ。 V 干渉 強め合いの位置というのはいつも山と山が重なってじっとしているわけでは ないんだよ。 時間を追ってみると谷と谷が重なることもあり, 振幅 2A でバタ バタ激しく動いている点なんだ。 強め合いの線 S2を中心と して広がる 一方,弱め合いは波源が山のときAに谷がいれば よい｡ S2 の山とAの谷がやがてPで出合って打ち 消すことになる。 S が山, A が谷となるためには S.A が 12/12 あるいは12/23m²であればいいね。 133 P' Sを中心と して広がる 「波紋が広がるイメージ をもって見てみよう 条件式の方は考えれば考えるほどわからな くなります。 確かに, n = 5入,r=3入のような位置では, 波源と同じ変位だか ら, 波源が山のとき, 山と山が重なり合います。 でも,. = 5.31,2=3.3 (や はり差は2入で強め合い) となると, いったいどう説明できるんですか? A まず, 波源 S1, S2 が山を出したときを考えよう。 051 MA この2つの山がやがて点Pで出合うわけではない ね。 Pに近いS2 から出た山の方が先にPに着いて しまうからね。 S2 から出た山が出合う相手, それは SとPを結ぶ線上でPA=PS2 となる点Aにいる 波だ。つまり点Aに山がいることが強め合う条件だ。 SとAが同時に山となるためにはSA=m² ほら SAこそ じゃないか。 UKA S₁ 強め合い P これらがPで重なる TEN 弱め合い P A EX S₁ S2 Q なるほど。すると, 波源が逆位相のときは, S. が山を出したとき S2 は谷を 出すと...... そうか! 距離差=m入ならAは山で S2 からの谷と打ち消し合 うし、距離差= (m+12/2) 入ならAは谷で強め合うというわけですね。