今回から 波の反射 について解説していきます。

波は媒質の端や、異なる媒質との境界で反射する性質があります。媒質の端に向かって進む波を 入射波 といい、そこから反射して戻る波を 反射波 といいます。

波が反射するときの様子を詳しくみてみましょう。反射には、 自由端反射 と 固定端反射 の2種類があります。まずは 自由端反射 から確認します。

ロープの端が輪で繋がれており、棒の上下を自由に動くことができます。このように、自由に動く点を反射点としたものが 自由端 です。

次に 固定端反射 を図にすると、次のようになります。

ロープの端が棒に結んであり、全く動かない状態になっています。このように、動かない点を反射点としたものを 固定端 と言います。

自由端反射と固定端反射の反射波を比べてみましょう。

図を見ると明らかなように、自由端と固定端では反射波の形が違いますね。なぜこのような違いが出てくるのでしょうか？

まず、自由端ではロープが自由に動けますね。摩擦なしでロープの端が棒を自由に動くと、ロープと棒は常に垂直に保たれます。例えば、カーテンレールにカーテンが垂れ下がっているのをイメージしてください。摩擦がなければ、カーテンとカーテンレールは常に垂直になりますね。この垂直に保たれるということがポイントです。つまり、この棒のある点でのロープの 傾きが常に0 になるのです。

それに対し、固定端ではロープは全く動くことができません。つまり、 高さが常に0 であるという特徴を持っています。

自由端の場合でも、固定端の場合でも、入射波と反射波が重なり合うことで合成波ができます。このとき、入射波と反射波は、波長・振幅・速さが等しく、進行方向だけが逆になるので、 定常波 ができますね。

自由端反射でできる定常波は、端の部分が 腹 になっています。自由端では傾きが0となり、入射波が常に端と垂直の関係になるからです。一方、固定端は全く振動しません。固定端反射でできる定常波は、端の部分が 節 になります。