Biophysics · 03.02

波の種類

Types of waves

🧠 波は振動の位相とエネルギーが空間を伝わる現象で、媒質そのものが波と同じ距離を移動するわけではない。

波を分類する軸

力学的波mechanical wave力学的波（mechanical wave）mechanical wave（力学的波）は媒質を必要とし、電磁波electromagnetic wave電磁波（electromagnetic wave）electromagnetic wave（電磁波）は真空vacuum真空（vacuum）vacuum（真空）中も伝播する。媒質の振動方向と進行方向の関係で横波transverse wave横波（transverse wave）transverse wave（横波）と縦波longitudinal wave縦波（longitudinal wave）longitudinal wave（縦波）に分類する。

flowchart TD
  A["局所的な振動が発生"]
  B["隣接部へ位相とエネルギーを伝達"]
  C["波として空間を進行"]
  A --> B
  B --> C

波の基本関係

v=f\lambda

$v$ は波の速さ（wave speed）、 $f$ は周波数、 $λ$ は波長。境界を越えて $f$ が一定なら、速度変化に伴い $λ$ が変わる。

横波・縦波・定常波

時間だけの周期運動である振動に空間的な位相差phase difference位相差（phase difference）phase difference（位相差）が加わると波になる。光は媒質を必要としない横波transverse wave横波（transverse wave）transverse wave（横波）として電磁波electromagnetic wave電磁波（electromagnetic wave）electromagnetic wave（電磁波）の一例に位置づけられる。

横波transverse wave横波（transverse wave）transverse wave（横波）では振動方向が進行方向に垂直で、偏光polarized light偏光（polarized light）polarized light（偏光）が可能である。
縦波longitudinal wave縦波（longitudinal wave）longitudinal wave（縦波）では圧縮compaction圧縮（compaction）compaction（圧縮）と希薄rarefaction希薄（rarefaction）rarefaction（希薄）が進行方向に並ぶ。
進行波traveling wave進行波（traveling wave）traveling wave（進行波）と定常波standing wave定常波（standing wave）standing wave（定常波）を区別し、後者には節node節（node）node（節）と腹antinode腹（antinode）antinode（腹）が生じる。

医学・測定への応用

音波と超音波は主に縦波longitudinal wave縦波（longitudinal wave）longitudinal wave（縦波）、光とX線は電磁横波transverse wave横波（transverse wave）transverse wave（横波）として扱う。

まとめ

波は振動の位相とエネルギーが空間を伝わる現象で、媒質そのものが波と同じ距離を移動するわけではない。
横波transverse wave横波（transverse wave）transverse wave（横波）では振動方向が進行方向に垂直で、偏光polarized light偏光（polarized light）polarized light（偏光）が可能である。
音波と超音波は主に縦波longitudinal wave縦波（longitudinal wave）longitudinal wave（縦波）、光とX線は電磁横波transverse wave横波（transverse wave）transverse wave（横波）として扱う。