16.6
線形質量密度μと張力Tを持つ平衡位置にある柔軟なピンと張ったロープを考えてみましょう。
右端に一定の上向きの力が加えられると、横波がロープを一定の速度で伝わります。
長さΔxの小さな要素は、ロープの復元力により波の動きに対して垂直に振動します。
両端の力はロープに接しています。
x方向の張力は、大きさが等しく、方向が反対であるため、相殺されます。
点 x と x に Δx を加えた位置でのロープの傾きによって、力の y 成分の式が決まります。
これらの式を組み合わせると、力の正味の y 成分が得られ、ニュートンの第二法則によれば、要素の質量に加速度の y 成分を掛け
たものに等しくなります。T-Δxで割って極限Δxをゼロとすると、線形波動方程式と同じ形式の式が得られます。
これにより、張力と線密度に依存する波の速度の表現が得られます。
波の速度は媒体の特性によって異なります。 例えばギターの場合、弦が振動して音が出ます。 弦上の波の速度と波長によって、生成される音の周波数が決まります。 ギターの弦の太さは異なりますが、同様の素材でできている場合があります。 線密度は異なり、線密度は長さあたりの質量として定義されます。
波の重要な特…
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