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中学物理① 光と音

波 なみ Wave
基本的には海や湖で見られる水の動きのことですが、音や光などにも水の波と同じ性質が見つかっています。科学の世界で波というと、そういう音や光も含めたものを指すこともあります(水の波と区別するために、音など波の動きをするものを全部含めたものを「波動」と呼ぶことも多いです)。高校・大学レベルになると、波の動きを計算して予測する、というような勉強をしていきます。

縦波 たてなみ ;疎密波 そみつは Longitudinal waves;L-waves
波というのは、エネルギーがどんどん移動していく現象なのですが、波の進行方向とエネルギーの移動方向が同じ場合の波を、縦波と呼んでいます。
音(音波)は縦波です。

横波 よこなみ Transverse wave
波の進行方向とエネルギーの移動方向が互いに垂直である場合の波を、横波と呼んでいます。
光は横波です。

波長 はちょう Wavelength
波というのは、電気などを利用して形を見ると、同じ形が反復して起こっている現象だとわかります。この同じ形が現れるまでの距離を波長と呼んでいます。
色の違い(例えば赤色と緑色)などは、波長が違うことが原因です。

振動数 しんどうすう Frequency
波動や振動などが、ある決まった一定の時間内(単位時間といいます)に、何回繰り返されているのかを示した数です。
音の高い低いなどは振動数の違いが原因です。(振動数が多いと音が高くなり、振動数が少ないと音が低くなります。テストのときの覚え方ですが、電気を利用して波を図にしたときに、高い音の方が何か形がごちゃごちゃしてるイメージを持ちやすいと思います。このイメージをそのまま考えてくれれば、振動数が高い=音が高くなる、という関係が覚えやすくなると思います。ごちゃごちゃしてるのは、すなわち形が何回も繰り返されているということに他ならないからです。

振幅 しんぷく Amplitude
波動や振動をグラフにしたときの、0の地点から一番離れている高さのことを振幅といいます。波は同じ形が繰り返されますが、1個の波の形の中での最大の高さです。0の地点というのは、波が伝わっていない状態のことですから、波が伝わっているときの最大の変化量、ということができます。
慣れないうちは、波のグラフを見て波長と振幅を反対に覚えてしまうこともあるかもしれません。振幅は縦、波長は横、としっかり覚えましょう。

光 ひかり Light; Visible light
光は、人間の目に見える電磁波と呼ばれるグループの一つです。光があるから人間はものを見ることが出来ます。光は色々な波長の波が混ざって出来ています。代表的なものは虹の7色です。あれは、光の中にある、違う色の波が雨粒に反射し、それぞれの波の屈折率の違いによって7つに分かれるのです。
光の速さは秒速約30万キロメートルです(1秒間に30万キロメートル進むという意味です。ちなみに、地球の円周(直径ではありません)は約4万キロメートルです。)

光源 こうげん Light source
光を発生させるものを全てまとめて光源とよびます。光源と考えられるものは、太陽、火、電球など、様々です。

反射 はんしゃ Reflection
光や音など、波が何かに当たって跳ね返ることを反射といいます。中学では光の反射について実験を行います。高校・大学レベルでは、反射に関することがら(角度や反射率)を自分の手で計算していく方法を学ぶことになります。

入射角 にゅうしゃかく  Angle of incidence

光などがある面に入っていくときの角度のことです。入射角の角度は反射角の角度と等しくなるという法則があります。

反射角 はんしゃかく  Angle of reflection
光などがある面に反射されたときの角度のことです。反射角の角度は反射角の角度と等しくなるという法則があります。

像 ぞう image 
ある物体が、光が集まることによって、別の場所に再現されたものを像といいます。実際に光が集まっている像を「実像(じつぞう):real image」といい、実際には光が集まっていない像を「虚像(きょぞう):virtual image」といいます。虚像は、実際にはそこに無いのに目が錯覚を起こしてしまうのです。人間の目やカメラは実像が映っています。ルーペなどは虚像を見ていることになります。

反射の法則 はんしゃのほうそく The law of reflection
入射角の角度と反射角の角度は等しい、という法則です。

正反射 せいはんしゃ ;鏡面反射 きょうめんはんしゃ Specular reflection
Specular reflection
一つの方向から来た光が、別の一方向に反射するような反射を正反射といいます。

乱反射 らんはんしゃ ;拡散反射 Diffuse reflection
正反射とは違い、1方向からの光が色々な方向に反射することを乱反射といいます。

光の屈折 ひかりのくっせつ Refraction
光が、進行方向を変えることを光の屈折といいます。光が空気中から水中に入るとくに屈折が起こるのを、中学の実験で行うと思います。光の屈折は、速度が変化することが原因です。

屈折角 くっせつかく
屈折するときの角を屈折角といっています。

全反射 ぜんはんしゃ Total internal reflection
入射角がある角度より大きくなってしまう場合に、光がある面ですべて跳ね返って、境界面の先に進まなくなってしまう減少です。この角の角度より大きければ全反射が起こる、という角のことを臨界角(りんかいかく The critical angle)といいます。

屈折率 くっせつりつ Refractive index; Index of refraction
屈折率は、ある物質中の光の速度を真空中での光の速度と比べたものです。
屈折率=(真空中の光の速度)÷(ある物質中での光の速度)
という式で求めます。光がどんな物質の中を通っていくかによって、光の速度は違ってくるし、それが理由で光の屈折が起こるので屈折率といわれています。例えば、空気の屈折率はほぼ1、水の屈折率は1.33です。これは、それぞれ、
・空気中を進む光の速度は真空中を進むときの速度とほぼ同じ
・水中を進むときの速度の1,33倍の速さで、光は真空中を進んでいく
ということを示しています。

光の分散 ひかりのぶんさん Dispersion
光は色々な波長の波が混ざりあってできているのですが、その様々な波がそれぞれに分かれて分離することを光の分散といいます。虹というのは、光の中にある波長・屈折率が違う様々な波が分散することによって起こっている現象です。

光学 こうがく Optics
光学とは、物理学の一分野です。光の性質や振る舞いなどを研究します。

凸レンズ とつれんず Convex lens
レンズのふちの部分が薄く、中央部分が厚くなっているレンズのことです。中学の理科の実験で使うのは(凹レンズではなく)凸レンズのほうです。

凹レンズ おうれんず Concave lens

レンズのふちの部分が厚く、中央部分が薄くなっているレンズのことです。

焦点 しょうてん Focus; Image point
レンズを通った光が集まる点のことです。

焦点距離 しょうてんきょり Focal length
レンズから焦点までの距離を焦点距離といいます。レンズが違えば焦点距離は違ってきます。

音 おと Sound
空気が振動して波のように伝わってくるエネルギーを音といいます。波の側面を強調して音波(おんぱ;Acoustic wave)とよぶこともあります。音の速さは、秒速約340メートルです(1秒間に340メートル進むという意味です)。

音色 ねいろ Timbre
音の聞こえ方のことを音色といいます。違う楽器で同じ高さの音を出したとしても、違う雰囲気に聞こえます。これはそれぞれの楽器の音色が違うからです。音色の違いは、それぞれの音の波の形が違うことが原因です。
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