自由端での反射

ひもの右端に輪っかを作り、それを垂直に立った棒に通します。そして、左端を握り、一振りすることを考えてみましょう。そうすると1つ山がひもの左端から右端へと伝わり、上下に自由に動く右端に到達すると、反射して戻ってきます。その様子を、次の動画で見てみましょう。なお、この動画では中央の横軸が50の目盛りのところが、ひもの右端だと思って見てみてください。

ひもの右端は上下に自由に動くので、その端のことを自由端と言います。自由端では、変位が山の高さの2倍に達していることがわかります。山は、自由端で反射をした後、上下が反転せずに、上向きのまま反射していることがわかります。なお、ひもの右端に作られた輪っかは、その中を通る垂直な棒に対して常に直角をなす方向に引っ張られていることにも注目してください。

ところで、この動画、次の動画と似ていませんか?そうなんです。次の動画の右半分を隠すと、上の動画そのものになっています。

今度は、左端から正弦波を3周期分送ります。すると、やはり自由端で上下が反転せずに反射することになります。ただ、前進する入射波と後退する反射波は重なり合う様子も観測できます。

この動画も、次の動画の右半分を隠したものと一致します。

ところで、自由端反射の様子を縦波で見てみましょう。ばねとおもりを連結したばね質量系の動画をご覧ください(上記のアニメーションとは入射波の入る方向が左右逆なのでご注意ください)。

今度はスローモーションです。