物理の基本公式 徹底して分解せよ

2020.2.12|ウインロード通信


物理基礎で【波動】の分野を学習している時に、意外と多いのが 【 v = f λ 】の意味がよくわかっていないことである。
 

「波動の重要な基本公式があるよね?」
 

と聞くと、多くの生徒たちはこの式をちゃんと答えてくれる。
 

しかし「v = f λ をもう少し詳しく説明してくれるかな?」
 

と聞くと
 

「v : 速さ(m/s) f : 振動数(Hz) λ : 波長(m) です。」
 

と答える。それで終了という場合がほとんど。
 

これではただ公式を暗記して使っているだけです。

 

もう少し深く理解していきましょう。
 

ここでとても重要なのが v : 速さ(m/s) の見方である。
 

ほとんどの人達が 「v」という記号を見ると、ただ単に「速さ」と思うだけでそれ以上のことを考えない。それではこの公式を深く理解することが不可能だ。
 

v : 速さ(m/s) は単位からもわかるように
 

・1秒( s ) で進む距離( m ) は v m である。
 

という見方ができますよね? v = 速さ で終了ではなく、その意味を考えてください。
 

そうするといろいろなことが見えてくる。
 

ここで f : 振動数(Hz) について見てみよう。
 

まず、振動数って何???
 

・1秒間に振動する回数である
 

振動とは簡単に説明すると「y=0から上がって下がって、またy=0に戻るという動き」である。
 

(上に波の画像を掲載しています。そちらで確認してください。)
 

つまり
 

・1秒で「y=0から上がって下がって、またy=0に戻るという動き」をする回数である
 

また、これは波の1波長(λ:ラムダ)分に相当しますね。
 

振動数fとは
 

・1秒間に波長(λ)が何個含まれているかを表すもの
 

とも言えるわけです。
 

すると「 1秒間で波が進んだ距離v (m)を1秒間に含まれている波長の個数f (Hz) で割れば λ : 波長(m)(1波長分)がわかる」という関係がわかってきます。この関係を数式で表すと
 

v / f = λ ・・・①
 

わからなければ具体的な数字をいれて考えましょう。
 

波が1秒間で10 m 進みました。その間に5個の波長が含まれていました。1波長はいくらになるか?
 

当然 10mを5個に刻んであげれば1波長がわかりますね。

 

①式の両辺に f をかけると
 

v = f λ
 

波長(λ)を1秒間に含まれる振動(波長)の個数(f)倍すると、1秒間に進んだ距離(v )つまり、波の速さ(v)がわかるということですね。
 

波動の3つの重要な物理量【速さ、振動数、波長】は常にこの関係が成り立ちます。
 

ブイ イコール エフ ラムダー!!
 

と唱えまくって丸暗記するだけではダメですよ。

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