波長について

質問

大学の自然科学のレポートで、波長をテーマに調べる事にしました。色、音などに波長があるという事は分かったのですが、なんだか難しくてよく分かりません。波長とはなんでしょうか？また、よく人間で『波長が合う人』って耳にしますが、人にも波長ってあるんでしょうか？

回答No.3

joshua01 · ベストアンサー

こんにちは。
大学生とおっしゃるので、理系・文系にかかわらず高校で勉強する数学的な意味は理解していてさらに踏み込んだ深い質問をされている可能性もありますが、思い切って初歩的に説明した次のような回答ではいかがでしょう。

ポイントは、「要は、繰り返す時間間隔なのだけど。でも長さって？？」

「波長」という言葉は、いかにも不思議な響きがあり、また、物理的にも、きれいな波の形（高校でやったsin波のグラフ）を描くと説明がしやすいことも多いので「波の長さ」と説明しますが、実際には繰り返し行われる刺激の時間間隔が問題になることが多いです。（1秒間の中の刺激の数なら周波数の語を使う）

「音」が何かはご存じですよね。茶碗をたたくと「ちーん」と音がしますが、これはたたかれた茶碗が一瞬わずかに縮み、反動で広がり、また反動で縮むという振動が起きたことに端を発します。茶碗が広がったときは回りの空気を一瞬圧縮し、縮んだときは空気をひろげて、空気の圧力が高い（濃い）ところと低い（薄い）ところが茶碗の回りに広がっていき、鼓膜に達すると、空気が濃ければ鼓膜を押し、薄ければ引いて、その先についた神経をちくちくと刺激して感じるのが「音」です。
このとき、茶碗の振動が速いと鼓膜を速く揺らして「ちーん」と聞こえ、大太鼓のように振動が遅いと鼓膜をゆっくり揺らして「どーん」と聞こえます。

このとき、問題になるのはあくまでも振動の速さ（時間間隔）ですが、ときおり、「波長の短い音なのでちーんと聞こえる」と表現されますのでその理由を理解してみましょう。

扇風機を回すと空気が動いて風が起きます。音は空気を使う点では同じながらこれとは異なります。
友達に手伝ってもらって１００ｍ先の太鼓をたたいてもらうとき（ありえない例！！）、ひとつは、「友達の背中に体当たりして、それを合図に体当たりされた友達が１００ｍ走って太鼓をたたく」方法があり、これが「風」に当たります。

もうひとつは100人の友達にずらりとならんでもらい、隣の人に体当たりする信号を次々とリレーしてもらって最後の人が太鼓をたたく方法がありますが、これが模擬的な「音」であり、友達同士の距離（濃さ）は微妙に変わるものの、それぞれの友達（空気の粒）自体はほとんど移動しません。

「100人の友達」の例で、スタートの体当たりを一定時間間隔で何度も繰り返すと、「連続した波」と同等になります。このときのポイントは、「短い間隔で体当たりしてもても一つの体当たり信号がゴールまで伝わる速度だけは一定」であることです。

そして、例えば信号が１００ｍ伝わるのに10秒かかるとすれば、５秒間隔でスタートの体当たりを繰り返せば、１００ｍのコース内では、前の体当たり信号がゴールする前に次の体当たり信号が始まるので、コース内には常に2組が体当たりをしており、その間隔が５０ｍ。2秒間隔で体当たりを繰り返せばコース内には5組の体当たりが存在し、その間隔は20mです。これが「波長」です。

刺激の伝わる速度そのものは物質や現象に従いますが、一方で、刺激の加え方を変えたぐらいでは速度はほとんど変化しません。（空気の音なら毎秒340m、水中の音なら1000m、電気と磁気の体当たり作用である電磁波（光もこの仲間）は30万Km。一方、「風」ならば速い場合も遅い場合もあり速度が幅広い。）

このため、結局、刺激の時間間隔と波長とが密接に関係し、時間間隔が短ければ「短い波長」、長ければ「長い波長」と表現することができるため、刺激の時間間隔（先の例ではゴールから聞こえてくる太鼓の音の間隔）が問題になる場合であってもつい「波長が短い場合は○○が起きる」とか、時間間隔がちょうどよいことを「波長が合った」という表現が使われることが多いのです。
ついでに波長を計算する例を示すと・・・・毎秒速度３４０ｍの空気（音）の場合、毎秒340回の振動（340Hzの音と言います）の場合、波長は１ｍ。毎秒34回の振動なら波長は１０ｍ。毎秒3400回の振動の場合なら波長は0.1m。・・・・さて法則がわかりましたか？

次に物理的な意味で「波長が合う」を説明してみましょう。
止まったブランコを人差し指でたたくとき、キツツキのように素早くたたく（時間間隔が短い）と、ブランコはぎくしゃくしても「揺れ」は起きません。一方、3秒に1回くらい、ゆっくりとした間隔で、何度か繰り返してつつくと、徐々に大きく揺れるのは経験したことがあるでしょう。そしてうまく大きく揺れる時間間隔がブランコによって微妙に異なることも。

これが、「タイミングが合う」「周波数が合う」「共振する」と呼ばれる現象で、そしてずばり、「波長が合う」と表現される状況です。
（このブランコの例ではどこにも「波長」がないのに・・・・ただ、ブランコの鎖の長さが時間間隔と密接に関係するので、これを「波長」と比喩することはできるでしょう。なお、ギターの弦は長さとの関係で「波長」を理解するのによく使われる例ですが、伝搬速度の点では空気と弦とで大きな差があるので、音としての波長とは関係がなく、真面目な解析を行う場合は注意が必要です。）

そうなれば、「波長の合う人」の一応の意味はわかりますね。同じ長さのブランコがお互いの振動を伝え合うようにすると、同じタイミングで揺れることがあるので、「気持ちの分かり合える、話の合う仲間」という比喩としてわかりやすいでしょう。

まあ、「タイミング」「間」という感覚でみても、相づちのタイミング、愚痴を言い合うタイミング、一方的に話が長くならない間隔など、ちょっと物理的意味もあるかも。

さてさて、長くなってしまいましたがいかがでしょうか。
お役に立てれば幸いです。

お礼

分かりやすく、詳しい説明ありがとうございます！無事、レポート提出も終わりました。参考にさせていただきました。

回答No.2

quatro100

波ってどういうものをイメージされるでしょう？
恐らく山の頂点があって谷の底があってまた山の頂点があってというのが繰り返されるようなイメージですよね。
で、波長というのは山の頂点から次の山の頂点までの長さを指します。
これじゃ味気ないですよね。
色々な種類の波がこの長さの違いによって、全然別のものとして作用します。
例えば光、音なんかは人間の視覚、聴覚に直接作用するので、調べてみると面白いかもしれません。
（正確にはそのエネルギーが作用するのですが、エネルギーと波長は密接な関係があるので敢えて波長とします）
いわゆる光（可視光）は電磁波と呼ばれる波のある波長の範囲です。波長が短くなればX線とかになりますし、長くなれば電波（テレビとかのです）になります。
じゃあ色ってどんな範囲なのでしょう？日焼けとか赤外線の暖房機とは？
音も面白いです。ド・レ・ミとかの音階は音という波の波長に関連します。１オクターブ上がると波長は・・・？？全て理由があるのです。
波って凄く身近なんです。
我々はいろんな波の中を漂っているようなものかもしれませんね（確率の波とか（気にしないで下さい））。

もう一つ人の波長についてです。
物理学的に厳密に言えば人だって波を出しています。敢えて詳しくは触れませんが微量ながら電磁波だって出ています。
とはいえ「波長が合う」とはこれとは別ですね。
波長が合う人っていうのは感性が近い人という感じでしょうか？例えば「Aという歌の～というフレーズが好き」と２人が感じればお互いの感性の波が同じ様な高さにあると言えます。こんなケースがいくつも共通だったらそれはお互いの感性の波の形が似ている＝波長が合うとなるのかなぁ。なんて事を書いていて思いました。
感性の波・・・。何だか面白そうに感じません？
それは私だけ？私と波長が合う人なら～（笑）。

お礼

ありがとうございます。無事レポート提出も終わりました。参考にさせていただきました。

回答No.1

noname#111369

ギターでハーモニクスを使ってチューニングをすると、
「波長が合う」という言葉が良く解るとおもいますよ。

２つの弦が近い周波数に鳴ると「うなり」の速度が、
周波数が近づくにつれて、遅くなり、
周波数が「プラス」「マイナス」が「ゼロ」に成ると
ピタリと「うなり」が止まります。
これが、波長が合う状態ですね。

「波長が合う」というのは、「シンパシー」という言葉に
置き換えられるかもしれませんね。

お礼

ありがとうございます。ギター、試してみたいと思います。