振動と波動
力学的波動の干渉
同位相の二つの円形波源が作る強め合い・弱め合いの領域を調べ、縞系で経路差条件 と を確かめます。
器具
- 仮想水面の同位相二点波源（3D 回転可）
- 「各波源の振幅」スライダー
- 「波長 λ」「波源間隔 d」スライダー
- 波面を止める「一時停止」ボタン
手順
パターンを止めて節線を探す
「一時停止」で静止表示にすると、強く振動する領域の間にほぼ静止した双曲線状の帯——二つの波が常に打ち消し合う節線——が見えます。キャンバスを回して真上から見ます。
λ を変えて経路差条件を確かめる
「波長 λ」を動かすと、λ が大きいほど腹線・節線の間隔が広がります。節線の位置から、極小が 、極大が を満たすと論じます。
波源間隔と振幅を変える
「波源間隔 d」を増やし、二波源間に現れる双曲線状の極大線を数えます。最大経路差 に入る波長数が増えるため縞が増えます。「振幅」を変えるとコントラストは変わりますが縞の位置は変わりません。
シミュレーション
実験の歴史
重ね合わせの原理は、二重スリット実験以前に1801–1802年、トーマス・ヤングが水波と音の観察から明確に述べました。二つの波が出会うと合成変位は各変位の和となり、打ち消し合う領域を直ちに説明します。講義で彼は二列の波が「互いに強め合うことも打ち消し合うこともある」と記しています。
機械波では、19世紀の多くの装置で検証されました。ゲオルク・クインケの干渉管（1866）は音を二経路に分け再合成して可聴の極小を作り、リップルタンクはこのシミュレーションと同じ双曲線縞を可視化する標準的な実験・教育道具となりました。