波速度と周波数

波動には、波速度と波数という非常に重要な性質があります。波速は、エネルギーが伝わる速度を表します。波の周波数は、波の振動の速さを表します。この2つの性質は、波を定義し記述する上で非常に重要である。古典力学、量子力学、そして音響学などの簡単な分野で活躍するためには、これらの概念を正しく理解することが必要です。今回は、波の周波数と波速とは何か、その定義、波速と波速の共通点、そして最後に波速と波速の違いについて説明します。

波動周波数

周波数とは、物体の周期的な運動という文脈で語られる概念である。周波数の概念を理解するためには、周期運動を正しく理解することが必要である。周期的な運動とは、一定期間ごとに繰り返される運動と考えることができる。太陽のまわりを回る惑星の自転は、周期的な運動である。地球の周りを回る人工衛星の軌道は周期的な運動であり、バランスのとれた球体の集合の運動でさえも周期的な運動である。私たちが遭遇する周期運動のほとんどは、円運動、直線運動、半円運動である。周期的な運動には周波数があります。頻度とは、その事象が「どれくらいの頻度で発生するか」ということです。ここでは簡単のため、1秒間に発生する回数を周波数とする。周期的な運動には、均質なものと非均質なものがあります。一様な速度は、一様な角速度を持つことができます。振幅変調などの機能は2倍周期になることがあります。これらは他の周期関数に内包された周期関数である。波の周波数は、波の発生源によって決まる特性である。光や音などの波の場合、波の周波数は、それが伝わる媒体に関係なく一定です。

波速

波速度は、波が媒質中を伝わる速さである。波速は媒質の特性である。これはインピーダンスという言葉で表すことができる。インピーダンスとは、波動伝播に対する媒質の抵抗のことである。インピーダンスの高い媒体は波の伝搬を遅くし、インピーダンスの低い媒体は波の伝搬を速くする。波の速度と波の周波数の関係は、よく知られた式V = fλで与えられる。ここで、Vは波の速度、fは波の周波数、λは波長である。また、媒質のインピーダンスは波の周波数に依存する。