物理学シミュレーション

波動

Wave Motion

はじめに

波といえば，池の水面にたつ波や海の波を思い浮かべる．目には普通それらしく見えないけれど，音や光も波である．電波やマイクロ波は放送や通信に使われて現代生活にはほとんど欠かせないものになっている．これら波と呼ばれるものには共通の表し方や共通の性質がある．ここではそれらについてシミュレーションを通して学ぶ．
このプログラムでのシミュレーションとその動画は，科学技術計算の統合ソフトウェア Mathematica (Wolfram Research) を使って作成した．

推奨する学習方法
（１）　最初は，目次の順序を厳守し，[ A ] から [ D ] までを一通り実行する．ほとんどが動画で表示されているので解説を読み，じっと観察すればよい．
（２）　再び [ A ] に戻り，与えられた順序で問題の解答へと進む．

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目次
[ A ]　波のかたちとその伝播
正弦波とその伝播　　正弦波の位相
パルス波とその伝播　　パルス波の幅
位相差とそれに対応する位置および時間のずれ
[ B ]　波の重ね合わせ
２つの山形パルス波の重ね合わせ
山形パルス波と谷形パルス波の重ね合わせ
波長が等しい２つの正弦波の重ね合わせ：干渉
波長がわずかに異なる２つの正弦波の重ね合わせ：うなり
任意の波長の２つの正弦波の重ね合わせ
[参考] いくつもの正弦波を重ね合わせると任意の形の波になる（フーリエ級数）
２つのパルス波の重ね合わせ
波の重ね合わせと波動方程式
[ C ]　境界での波の反射
パルス波の固定端反射
パルス波の自由端反射
正弦波の固定端反射
正弦波の自由端反射
境界におけるパルス波の反射
[ D ]　球面波 (水面波）とその干渉
１つの波源からの球面波（水面波）の伝播
２つの波源からの球面波（水面波）の伝播：干渉