こんにちは、ハルキャンパス代表講師の森です。
今日は、「物理 波 わからない」人のための記事を書きます。波って難しいし、苦手！！そういう声を、とてもよく聞きます。「物理 波 わからない」、「波 苦手」、で検索したくなる気持ち。わかります。だから、本気で書きます。
波が苦手という人も、絶対わかるようにします。大丈夫。けっこう、カンタンです。だから、皆さんもちょっと頑張ってみてください。
では、始めましょう。
※今回は、波の基本（λ・f・T・vなど）と、公式について理解することを目標としています。問題の解き方については、また別途。
※御託はいいから本質をはよ教えて、って方はまとめをドウゾ。
波って、なんだ！？
波ってなんだ。まずはそこから始めましょう。
イメージ自体は簡単ですね。「水に小石を落としたかんじ」。これです。
これを横から見たのがこれ。（最初の30秒くらい？）
これが波です。当たり前ですね。
さて、ここで真剣に理解してほしいことが、２つあります。まずはこれをおさえてください。
①「波は、進む」ということ。
当たり前なのだけど、水面に小石を落とせば、波周囲へだんだん広がっていく＝波は進んでいます。つまり、波はボールを投げるのと全く同じように、「進む」し、「速さ」がある。
②このとき「水自体は、進んでいない！（媒質は動かない）」ということ。
ここがあんまり分かってない人がいるような気がします。動画の「水」みたいに、波が通っていくものを「媒質（ばいしつ）」といいます（物理の教科書的には「媒質とは、振動を伝える物質」。）
この水（媒質）って、確かに上下には揺れているんだけど、別に横に動いているわけじゃないんですよね。
もう一度言います。「波は進む」けど、「媒質（水）は動かない」。これ、とりあえずそうなんだーと思っておいて下さい。
これまでの教え方では、「波」はわからなくて当然！？
さて、まず最初は導入として、「世の中で教えられている」やりかたで波を説明してみますね。
まず導入として、「ボールを投げる」シーンをイメージしてみて下さい。みなさんが習ってきたとおり、ボールを投げる時は「v（速度）」や「a（加速度）」を使いますよね。（物理の言葉では、そのボールが飛んでいるシーンを式や数字で表すことを「記述する」といいます）。
それと同じように「波」を説明する（記述する）ときにも、いろいろな数字が必要になってきます。それが「λ（波長）、T（周期）、v（速度）、f（振動数）（＆振幅）」です。
…わかりにくい！！！！し、多い！！！！
ここでつまづくんですよね。わかります。なんなんだλ（波長）とは、T（周期）とは、v（速度）とは、f（振動数）とは！という感じになります。
こんな難しい話はやめましょう。俺から言わせれば、何を難しいことを言っとんじゃ、という感じです。なのに、先生は当然のように「覚えろ！！」てな感じですね。
こんな説明で分かるわけないんです。もっともっと簡単に説明するよ。
大丈夫。波は、超カンタンです！！
物理の波、どう苦手を克服すべき？【波は、電車だ。】
まず、「波の見方」を説明します。
最初に、波は「ずーーーっと続いてる」ということをおさえてください。
「波」は、うしろにも、まえにも、本当はずーっとつながっています。でも、それを全部は書けないですね。
だから、物理の世界では、そのうちの一部分だけを取り上げて、「波」を理解することにすることにしています。
具体的は、波は下のような「アガッテ・サガッテ」で「ひとつ」、と見ることにしています。
この「波ひとつ」に関わる情報が、λやT、fです。でも、このままでは少しわかりにくいので、別の見方で見てみましょう。実は、
【波は「電車」だと考えるとわかりやすい】です。
この見方を手に入れると、波はとても簡単に理解できます。
この波の電車は、車両が前にも後ろにもずっと続いています。そして車両には、波が「ひとつぶん（アガッテ・サガッテ）」ずつ入っています。
これを使って、λ、T…を説明していきます！
波長、周期、速度、振動数を身につける。
難しい波も、「車両」だと思うとスッキリ簡単に理解できます。
もう一度、念のため説明すると、波は「アガッテ・サガッテ」でひとつぶん。これが「1車両」です。さ、説明しますよ！
■波長（λ）：波長は、車両の長さと同じです。長さだから、単位はm。
■速度（v）：速度は、電車の速度と同じです。単位はm/s。
■振幅：縦の長さの半分。単位はm。
わかった？ここまでは超カンタンだね。
周期と振動数は、ちょっとだけ難しいので、説明します。
■周期（T）：
周期（T）は、「１車両ぶんだけ進むのにかかる時間」のこと。単位はs（秒）。
例えば【周期T＝4秒】だったら、電車はこんな風に進んでいくはず。
これを見てわかるとおり、「1車両」分進むのに、今回は4秒かかった。
逆に、例えば周期T＝1/100秒だったら、1車両分進むのに1/100秒かかる、ということ。
この【１車両ぶんだけ進むのにかかる時間】のことを「周期」と呼びます。
※なんで「周期」っていうのかは、三角関数を習ったなら、y=sinθのグラフを考えればわかるでしょうか？【1車両分進む】っていうのは、三角関数で考えると2π分＝【一周分】進む、っていうことですね。（わかりにくいと思ったら飛ばして下さい。）
■振動数（f）：
振動数は、周期Tの逆数、と説明されます。単位はHz（ヘルツ）。
いやいや、ヘルツってなんだ。こんな単位は良くない。
車両、で説明しましょう。
・周期Tは、「何秒で1車両すすみますか？」のこと。
・振動数fは、「1秒で、車両でいうと、いくつ分すすみますか？」ということです。
以下を見て下さい。
上の図は、周期Tを説明するのに使った画像。これは、「4秒で1車両」進むんでした。この時の「4秒」が周期でしたね。
では、1秒ではどれくらい進んでいるかというと…。
そう、1秒で「車両の1/4個分」ですね。
これが振動数（f）の正体。そして、このfの単位＝Hz（ヘルツ）っていうのは、要するに「個」。でも、物理で「1個」なんて単位はありません。だからHz（ヘルツ）、と呼ぶことにしたわけです。
1秒あたり1/4個ぶん、車両（＝波）が進む。
これを振動数でいえば、fは1/4個＝1/4Hzなのね。
改めて整理します。振動数fとは、「1秒で、車両いくつ分すすみますか？」のこと。単位はHz（＝個）。
※なんで振動数っていうのかって、本当は「車両」じゃなくて「波」だからです。振動数fが3Hzなら、「1秒に3車両」進む。波で言えば、「1秒に、波が3つ進む」。このとき、波が進むと、水面は「3回揺れる＝3回振動する」よね。その「揺れる回数」が「振動数」なわけです。
※ちなみに、今回は振動数fは例として1/4Hzと表わしたけど、「ラ」の音の振動数fは「440Hz」。つまり、1秒あたり440個の車両が過ぎ去っている（＝1秒に、波が440個。）これくらい揺れると、音になって聞こえるわけです。…スゴイ揺れ方です。
「波の公式」を理解しよう。
一旦、整理します。
■波長（λ）：車両の長さ。長さだから、単位はm（メートル）。
■速度（v）：電車の速度。単位はm/s（メートル毎秒）。
■振幅：縦の長さの半分。単位はm（メートル）。
■周期（T）：１車両ぶんだけ進むのに必要な時間。単位はs（秒）。
■振動数（f）：1秒で、車両いくつ分すすむか。単位はHz（ヘルツ）＝個。
ここで、波の２つの公式を見てみましょう。
★ v=λf=λ/T
★ f=1/T
嫌いだ！！と思う人がいるかもしれないけれど、大丈夫。落ち着いて確認してみましょう。
①【v=λf＝λ/T】
基本的には、【v=λ/T】で理解しよう。
（電車の速度）＝（車両の長さ）/（1車両ぶんだけ進むのに必要な時間。）
わかりますか？実はこの公式、ただの「みはじ」なんです。
例えば電車Aについて、
・車両1つの長さが「8ｍ」でした。（λ＝8）
・電車Aは、車両1つぶん進むのに「2秒」かかります。（T=2）
さあ、電車Aの速度は？
つまり、2秒で8m（車両1つぶん）進んでるんだから…
…そりゃ、速度は4m/sですよね。当たり前です。
それが【v=λ/T】。
超カンタンです。つまりは「みはじの法則（速さ＝道のり/時間）」だ！
②【f=1/T】
なんかわかりにくい気がするのかもしれないけれど、改めて定義を見てみよう。
■周期（T）：１車両ぶんだけ進むのに必要な時間。単位はs（秒）。
■振動数（f）：1秒で、車両いくつ分すすむか。単位はHz（ヘルツ）≒個。
つまり、
・1車両ぶん進むのに5秒かかるんです。（T=5）
・では、1秒では車両何個分くらい進むんですか？
→1/5個ぶんだよね。（f=1/5）
・1秒で20個くらい車両が進みますよ。（f=20）
・では、1車両ぶん進むのに、何秒かかりますか？
→1/20秒だよね。（T=1/20）
てこと。ウン、こうしてみると意外にカンタンです。
波を表す数値と、公式のまとめ。
まとめます。
■波長（λ）：車両の長さ。長さだから、単位はm（メートル）。
■速度（v）：電車の速度。単位はm/s（メートル毎秒）。
■振幅：縦の長さの半分。単位はm（メートル）。
■周期（T）：１車両ぶんだけ進むのに必要な時間。単位はs（秒）。
■振動数（f）：1秒で、車両いくつ分すすむか。単位はHz（ヘルツ）≒個。
更に、
【v=λf=λ/T】：（電車の速度）＝（車両の長さ）/（１車両進むのにかかる時間）
【f=1/T】：（1秒あたりに進む車両の数）＝1/（車両１個進むのにかかる時間）
いかがでしょうか？
分からなかったら、もう一度該当箇所を読んでみましょう。波は、決して難しくない。きっと分かるはず！
以下、参考書など。
「わかりやすい高校物理の部屋」
動く図など、とってもわかりやすいです。
http://wakariyasui.sakura.ne.jp/p/wave/hadou/hadou.html
福岡さんの「生物と無生物のあいだ」。読みやすく、めっちゃおもしろいです。
ノーベル物理学賞を授賞した物理学者「R.P.ファインマン」。でもその中身は、好奇心で常にいっぱいの子どものようなひと。
少しでも好奇心を抱いたなら、まずは一度読んでみて。
