波の反射

質問

壁がある訳ではなく、媒質が突然なくなっていても
（例えば弦巻バネやウェーブマシンの端っこみたいに）
その端で反射が起こります。
固定端反射の場合、固定された点を壁と見なして
波が反射するという事を納得できるのですが、
自由端反射の起こる仕組みはどうなっているのでしょうか？
自由に振動できるのに反射が起きるのが今更ながら不思議に思えたもので、、
（反射した後に位相がどう変化したりするかは知っています）
どなたかご教授お願い致します。

回答No.5

decidrophob

「なぜ？」という質問には幾通りか答え方があると思いますが、あなたの問題意識の場合は、
ぜひともちゃんと波動方程式を勉強してもらうのが一番である気がする。

つまり、「波」っていう現象は、紐の各箇所がとなりの微小部分に引っ張られた結果、上下に運動している。
で、そうした各部分の運動をつなぎ合わせて、全体として弦の「形」を見ると、波が進んでいるなあって感じに見えるっていうのが正しい（実際に確かにエネルギーは進んでるけど）。
なので、自由端の反射も、理解したいと思ったら、自由端付近の微小部分で何がおこっているか？ってことを理解したい。

右の自由端であっても、ちょっと前に（たとえば）上のほうに運動した記憶が残っていて、左の微小部分を上方に引っ張り上げてるのです。これが、反射波の効果。

回答No.4

seyber

こんにちは。

質問の反射ですが、共振の原理ですね。
アンテナの場合、
※理想の共振周波数が存在します。
例えば、２メートルの振動幅を持っているのに１．５メートルしか物が無く、前進できなかったら、
それでも振動するので、物質のある逆方向へ５０センチ進み（反射し）振動を終えます。

アンテナの場合、全部が電波で空気中に広がるのではないのです。
元（親）になる２メートルの波が存在し、
そのコピーとも言える電波が外へ流失します。
（端からようやく外へ同じ波で出られる）

自由に振動、電波として外へは出ますが、
物理法則や、理論を超越して自由に動ける訳ではありませんので、注意を払います。

私には自由とはとても思えません。
法律を守っていれば我々が自由な事と同じなのでしょうか？？＾＾；

回答No.3

tocoche

波の進行は一定のインピーダンス（抵抗のようなもの）の中を、エネルギーが走っているのと同じです。　あなたが抵抗のある空間を走っていて、さらに抵抗の高い空間に突入したときは後ろに撥ね返されますが、急に抵抗のない空間に突入したときは前のめりになります。　この「前のめり」が負反射（位相が１８０°反転するというより、波の上下が反転するといったほうがイメージしやすい）になります。

回答No.2

noname#65504

自由端は固体とと空気の境界といえると思います。
このとき、空気は振動を全く伝達しないものと考えると全反射をする壁とも見なせます。
反射とは異なる物質の境界でおこるものと考えれば、納得いうのではないでしょうか？

また振動エネルギーが他のエネルギーに変換されないとするれば、エネルギー保存の観点から、自由端では先方は振動を伝播しませんので、透過・屈折もおこらないことから、エネルギーを保つためには振動が反射されるものと考えられます。

回答No.1

jimi0813

むしろ、「自由に振動できるからこそ反射する」というイメージです。
となりあった媒質が無い端点では、伝わってきた波に反作用がかからず、必要以上に変位してしまってその反動で逆方向に進む波になる。
という説明では不充分でしょうか？

この場合は縦波のほうがイメージしやすいと思います。
バネの片方を軽く押して縦波を伝えてやると逆の端でバネが長ーく伸びてその反動でこっちに戻ってくる。みたいな。