物理基礎:重ね合わせの原理

<ポイント>
・媒質の1点が2つの波を同時に受けると、それぞれの波の変位を合成した変位となる
・「それぞれの波の変位を合成した変位となる」ことを波の重ね合わせの原理という
・2つの波が重ね合わさっても、「互いに他の波の進行を妨げない」(波の独立性
(1)重ね合わせの原理
媒質の1点が2つの波を同時に受けるとします。
その媒質の1点の変位は、それぞれの波の変位を合成した変位となります。
これを重ね合わせの原理といいます。

図のように、左右からそれぞれ向かい合う方向に進む波があるとします。
重ね合わせの原理1
この2つの波がぶつかるとき、

ぶつかり合う点の変位 y は、ぶつかり合うそれぞれの変位を合成した変位となります。
重ね合わせの原理2
この場合であれば、y = y1 + y2 となります。

この図の場合は正の変位どうしがぶつかっていますが、場合によっては正の変位と負の変位がぶつかる場合もあります。
そのときも、y = y1 + y2 で考えることができます。

(2)波の独立性
上の図のようにぶつかった後、「それぞれの波の進行方向や波形、速さなどが変わることなく」進みます。
これを波の独立性といいます。
重ね合わせの原理3

<補足>
波の場合は、2つのものがぶつかっても「重ね合わせの原理」や「独立性」があります。
同じ点にきたときに、変位が変わりますが、その前後では変化がありません。
これは「波の場合」の特性です。

2つの物体が衝突するときには、反発する力や合体現象が起こるため、独立性は保たれません。

<まとめ>
・媒質の1点が2つの波を同時に受けると、それぞれの波の変位を合成した変位となる
・「それぞれの波の変位を合成した変位となる」ことを波の重ね合わせの原理という
・2つの波が重ね合わさっても、「互いに他の波の進行を妨げない」(波の独立性

 

※ 理解を優先するために、あえて大雑把に書いてある場合があります

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