周期波は、一定期間にわたって同じ形状を持つ波であり、正弦波、四角形、三角形など、さまざまな形状で現れることがあります。それらには、山、谷、波長、振幅、周期、周波数、伝播速度などのいくつかの要素があります。
周期波とは何ですか?
周期波は、標準化された動作を示し、一定期間にわたって同じ波長を示すことを特徴とする波です。したがって、それらは同じ期間を持ちます。次の図に示すように、正弦波、四角形、三角形など、さまざまな形状が現れます。
振動中に波の形状が頂点と頂点の間で変化しても、波は依然として同じように動作します。
周期的な波の例としては、音波、心拍による振動波、ロープの波、海の波などがあります。
周期波の分類
波は、その性質、振動の方向、エネルギーが伝播する次元の数に基づいて分類できます。
波の性質に関しては、機械的なものと電磁的なものがあります。機械波は、空気や水などの媒体中でのみ伝播できる波です。これらは音波です。一方、電磁波は、可視光波の場合と同様に、真空中で伝播することができるため、伝播に媒体を必要としません。
波の振動の方向については、次の図でわかるように、横方向または縦方向になります。
縦波は、音波の場合と同様、伝播方向と同じ方向に振動する波です。横波は、海の波のように、伝播方向に対して垂直な方向に振動します。
波エネルギー伝播の次元数については、1 次元、2 次元、または 3 次元のいずれかになります。弦上の波の場合と同様、1 次元の波は 1 次元でのみ振動します。 2 次元の波は 2 次元で振動します。たとえば、川の波です。 3次元波は、炎の熱波のように3次元で振動します。
周期波の要素は何ですか?
次の図でわかるように、周期波には、山、谷、波長、振幅、周期、周波数、速度などのいくつかの要素があります。
波頭: 波の最大点。
谷：波の最小点。
波長: 山と谷、連続する 2 つの山、または連続する 2 つの谷によって測定される波のサイズです。
振幅: 波の高さであり、平衡点と波の山、または平衡点と谷の間の変化によって測定されます。
周期: 波が完全な振動を完了するまでにかかる時間です。
周波数: 一定時間内に波が行う振動の数です。
伝播速度: 波が媒質中を伝わる速度です。たとえば、真空中での光の速度は約\(3\cdot10^8\ \frac{m}s\) で、海面での音の速度は約 340 m/s です。
周期波の公式は何ですか?
波の周期
\(T=\frac{1}f\)
Tは周期であり、秒単位で測定されます\([s]\) 。
fは周波数であり、単位はヘルツ\([Hz]\)です。
次のように表すこともできます。
\(T=\frac{∆t}n\)
Tは周期であり、秒単位で測定されます\([s]\) 。
\(Δt \) は時間変化であり、秒単位で測定されます\([s]\) 。
nは振動数です。
波の周波数
\(f=\frac{1}t\)
fは周波数であり、単位はヘルツ\([Hz]\)です。
Tは周期であり、秒単位で測定されます\([s]\) 。
次のように表すこともできます。
\(f=\frac{n}{∆t}\)
fは周波数であり、単位はヘルツ\([Hz]\)です。
nは振動数です。
\(Δt\) は時間変化であり、秒単位で測定されます\([s]\) 。
波の伝播速度
\(v=λ\cdot f\)
vは波の伝播速度で、 \([m/s]\)単位で測定されます。
\(λ\) は波長であり、メートル単位で測定されます\([m]\) 。
fは周波数であり、単位はヘルツ\([Hz]\)です。
次のように表すこともできます。
\(v=\frac{λ}T\)
vは波の伝播速度であり、単位は\([m/s] \)です。
\(λ\) は波長であり、メートル単位で測定されます\([m] \) 。
Tは周期であり、秒単位で測定されます\([s] \) 。
→ 周期波を含む公式の応用 例
例 1: 250 Hz の周波数波の周期はどれくらいですか?
次の式を使用して期間を計算します。
\(T=\frac{1}f\)
\(T=\frac{1}{250}\)
\(T=0.004\ s\)
この波の周期は 0.004 秒です。
例 2:周期が 0.2 秒の波の周波数は何ですか?
次の式を使用して周波数を計算します。
\(f=\frac{1}T\)
\(f=\frac{1}{0,2}\)
\(f=5\ Hz\)
この波の周波数は5Hzです。
例 3:長さ 0.5 メートルの波の周波数は 300 Hz ですか?
次の式を使用して波の速度を計算します。
\(v=λ\cdot f\)
\(v=0.5\cdot300\)
\(v=150\ m/s\)
波の伝播速度は150m/sです。