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横波は媒質(または場)の振動方向が波の進行方向と垂直な波で、光(電磁波)が代表例です。縦波は振動方向が波の進行方向と平行な波で、音波が代表例です。縦波は媒質が密な部分と疎な部分が交互に現れる形でエネルギーを伝えます。
波長は同じ位相を持つ2点間(山と山の間など)の距離、振動数(周波数)は1秒間に振動する回数で単位はヘルツ(Hz)、振幅は振動の中心から最大に離れた距離で波が持つエネルギーの大きさに関係します。波の速さは波長×振動数(v=fλ)で求められます。
力学波(音波、水面波、地震波など)は空気・水・地面といった媒質がなければ伝わりませんが、電磁波(光、電波、X線など)は電場と磁場が互いに誘導しあいながら振動するため、媒質のない真空中でも秒速約30万km(正確には299,792,458m/s)で伝わります。
音は空気分子のような媒質の振動が隣の分子へ伝わって広がる力学波のため、分子がほとんどない真空の宇宙空間では振動を伝える媒質がなく、音はまったく伝わりません。一方、光は媒質を必要としない電磁波なので、真空の宇宙でも太陽の光は地球まで届きます。
反射は波が異なる媒質の境界面で跳ね返る現象(鏡に映る姿)、屈折は波が異なる媒質を通過する際に速さが変わって進行方向が曲がる現象(水中の足が短く見える現象)、回折は波が狭い隙間や障害物の裏側に回り込む現象(ドアの外でも部屋の中の音が聞こえる現象)を指します。
同じ振動数の波が互いに逆方向に進みながら重なり合うと、その場で振動しているだけのように見える波になります。これを定常波といいます。ギターやバイオリンなどの弦楽器の弦が両端を固定されたまま振動して特定の音を出す原理が、定常波の代表的な例です。
音、光、電波、地震、海の波まで、私たちの身の回りの多くの現象は「波」という一つの概念で説明できます。波の基本的な性質を理解すれば、なぜ音は壁の向こうから聞こえるのに光はそうならないのか、なぜ宇宙で叫んでも誰にも聞こえないのかといった疑問を解くことができます。
光は電磁波として波の性質を持ちますが、同時に粒子のようにふるまうこともあります。この不思議な二重性が気になる方は、量子力学の基礎概念もあわせてご覧ください。
地震波には両方あります。先に到達するP波(初期微動)は縦波で、遅れて到達し揺れが大きいS波(主要動)は横波です。S波は液体や気体を通過できない性質があり、地球内部の構造を調べる研究にも利用されています。
はい。電波と可視光線はどちらも電磁波で、波長や振動数が異なるだけで同じ原理で伝わる同じ種類の波です。波長によって電波、マイクロ波、赤外線、可視光線、紫外線、X線、ガンマ線などに区分されます。