光は縦波か横波か？

質問

高校の物理の光をやり直しているのですが、
横波は固体中のみ伝わると書いてあったのですが
その後光は横波と書いてありました。
光は気体中を通るから縦波になるのではないのしょうか？
それとも真空は固体としてみるのでしょうか？

回答No.5

htms42 · ベストアンサー

＃３です。
横波と縦波の伝わり方についてです。

ドミノ倒し（将棋倒し）で考えます。
ドミノの駒を１列に並べます。
一番端の駒をならんでる方向に倒します。
隣の駒にぶつかります。
隣の駒がまた倒れてそのまた隣の駒にぶつかります。
次々と駒が倒れていきます。
一箇所で起こった変化が次々と伝わっていきますから波です。ただしこれは一回限りの波です。パルス波という波になります。駒の移動の起こった方向と波の伝わる方向は同じです。こういう波を縦波と言います。等間隔に並んでいた駒の間隔が変わったことが波として伝わるということで縦波は粗密波とも呼ばれています。
ドミノの駒を横にずらしたとします。この変化は隣の駒に何の変化も引き起こしません。駒と駒の間にバネのようなものがあれば変化が伝わりますがそういうものがないからです。もしこの横ずれが隣の駒にも伝わったとすると駒の移動の方向と波の伝わる方向が垂直という波が出来ます。こういう波を横波といいます。ドミノ倒しでは横波を伝えることが出来ないのです。気体や液体では横波が伝わらないというのは固体にあるずれ弾性が気体や液体にはないからです。密度の変化は起こりますから粗密波は伝わります。

今考えているものは物質内部を伝わる波です。
異なる物質が接する境界では表面波という別の種類の波が存在できます。水面の波は表面波です。振幅の小さい時の水面の波は横波と性質が似ていますからよくモデルに使われています。でも別の波です。

＃２で
＞横波は固体中のみ伝わると書いてあったのですが・・・
＞それは間違いでしょう。
＞音（圧縮波）は典型的縦波ですよ。
＞横波は物質の表面です。表面の弾性・・

と書かれているのはこの表面波を横波と同じものと考えた事による勘違いです。「水面の波は横波であるから横波が固体中のみを伝わるというのは間違いである」という判断をされたのです。

物質内部を伝わる波で考えると水中を伝わる水の分子の振動が原因の波は縦波だけです。
光は水の中を通りますが水の分子の運動は関係ありません。荒っぽくいうと水の分子と分子の間をすり抜けて進んでいます。でもやはり通りにくいですからいくらか進み方が遅くなります。この速さの差が屈折の起こる原因になります。水の屈折率は「空気中の光の速さ／水中の光の速さ」で表されています。（水中での光の速さの測定は光が波であるということを示す実験の１つでした。）

固体の中の物質が振動したとします。その振動は波として伝わります。縦波と横波の２つの伝わり方が出来ます。その場合の縦波の方が横波よりも速く伝わります。こつこつぶつかっていく方が速く伝わると考えるといいでしょう。地震の波にも縦波と横波の両方が存在します。縦波の方が速いですから先にやってきます。少し遅れて横波がやってきます。横波の法が振幅の大きな波です。よくＰ波、Ｓはという呼び方をしますが第一波、第二波の意味です。ｐｒｉｍａｒｉｙ、ｓｅｃｏｎｄａｒｙです。第一波は縦波、第二波は横波です。この２つ以外に表面波があります。地中の震源から地表に伝わった振動が地表に沿って伝わる波に変わるのです。

お礼

追加の回答有難うございます

波には縦波横波だけではないのですね、一通り高校範囲が終わったら図書館で波の本を探そうと思います

皆さん地震の例ををよく出すのですが、それは波の勉強は主に自身に関することになってしまうのでしょうか？

自分は光、特に映像関係のことをやりたいのですが光の波の性質だけでよいのでしょうか？

面倒だったら回答はしなくてよいですｗ

回答No.4

wata717

まず落ち着いて、ゆっくり考えることが必要です。縦波とは波の伝わる方向に何らかの（場）が変化します。横波とは波の伝わる方向に直角に伝わるものの振幅場が変化します。
光は真空でも空気でも液体でも固体（物質に依存する。ガラスはOKだが、金属は表面近傍のみ）でも伝播しますが、付随する振幅場は伝播方向に直角な２つの方向で電場と磁場ですので、横波です。
音は真空中では伝播しませんが、媒体の存在する、空気などの気体や固体を伝播します。音が空気を伝播する場合は伝播方向の空気の密度を圧縮したりして変化させますから、縦波です。この場合は振幅場は空気密度です。
音が固体を伝播する場合は縦波、横波、表面波等３種があります。縦波については、空気と同じく密度変化です。しかし横波もあります。これは固体が結晶で周期性をもつ場合に限られます。この理由はブリルアンゾーンという概念を理解することが必要で専門的になります。
音が液体を伝播する場合は周期性は存在しないので、上の理由から縦波の密度波のみです。
地震の波は表面波と縦波です。海の波は表面は表面波、海中で潜水艦や漁船やイルカが利用する波は縦波です。
波には色々ありますが、まず光と音を考えて習得することが秘訣です。勉強法は著書「竹中式マトリクス勉強法」を推薦します。

お礼

なるほど、だから高校では光と音の勉強をするのですね

紹介してもらった本を探してみます

有難うございます

回答No.3

htms42

波はある一ヶ所で起こった振動が離れた場所に伝わっていく現象です。音や地震波のような場合は物質の振動が伝わっています。光や電波の場合は電磁場の振動が伝わっていきます。

媒質という言葉に２通りの使い方がありますので混乱します。光は固体、液体、気体の中を伝わります。この固体、液体、気体を媒質と言うことがあります。「媒質の屈折率」という言葉はそういう場合のものです。でも光が存在するために必要な物質ではありません。光は物質がなくても伝わります。波の存在に必要な物質という意味での媒質は光の場合存在しないのです。

音や地震波の場合は物質が振動していますから物質がなければ存在しません。物質は音や波の存在のために必要なものです。
音は縦波ですので固体、液体、気体のどの状態でも伝わります。地震波の場合は縦波と横波の両方があります。物質が振動して波として伝わっていく場合、横波は固体の中でしか伝わりません。地球の内部にある核には内核と外核とがありますが外核は液体であると言われています。地震波の横波が伝わらないことからそのような判断がされているのです。

説明しにくい内容ですが分かっていただけたでしょうか。

お礼

詳しく、またわかりやすい回答有難うございます

htms42さんの回答のおかげですっきりしました！

回答No.2

ORUKA1951

横波は固体中のみ伝わると書いてあったのですが・・・
それは間違いでしょう。
音（圧縮波）は典型的縦波ですよ。
横波は物質の表面です。表面の弾性・・
「光は気体中を通るから縦波になるのではないのしょうか？」
　真空中は光は伝わらないのですか？

お礼

回答有難うございます
回答の中で疑問に思ったのですが

音の媒質は気体であって固体ではないのでは？

質問にも書いたとおり真空は固体としてよろしいのでしょうか？

回答No.1

モグモグ マメタロウ（@mamesensi）

光は気体中を通ってはいますが、光の媒質は空気ではないということがあげられます。その証拠にわかりやすく太陽光などの光は真空である宇宙を通って地球まで降り注いでいます。
光の媒質は空間そのものである、というの認識が今現在は一般的です（真偽は私にはもちろんわかりません）

マクスウェルの方程式により、光が横波であるということは現在わかっているのですが、なぜ光が横波であるか？という根拠についてはおそらく、今現在誰もわからないのではないのでしょうか？光＝横波という法則であるとしかいいようがないと思います

お礼

なるほど、マクスウェルの方程式までいっても
根拠は不明ですか

光＝横波　という意識で波を勉強しようと思います

有難うございます