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――波動方程式は小学校で習う「道のり=速度×時間」の式とは異なり、三角関数の「sin」が出てきます。

 さて、小学校で我々が習った“道のり”は、最短距離でまっすぐですが、電磁波は紆余曲折して空間を進みます。この紆余曲折しているという意味を表す記号が、2πf×tの前にある「sin」です。電磁波はくねくね進んでいるというのが、波動方程式の意味なのです(図3)。

図3 波動方程式は「道のり=速度×時間」
電磁波や交流を扱うときに用いる波動方程式の原点は、速度と時間と道のりの関係式にある。
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 回転振り子のスタート位置がX軸の1のとき、波動方程式は次のようになります。
 f(t)=sin(2πft)
 スタート位置が少しずれた場所になったら、どうなるでしょうか。電磁気学では、このスタート位置のズレを位相と呼びます。位相をφとすると、波動方程式は次のようになります。
 f(t)=sin(2πft-φ)
 さらに、単位円は半径1の円だが、電磁波のピーク電圧は1Vとは限りません。そこで半径をCとします。このCが振幅に当たります。従って、波動方程式は次のように表現できるのです(図4)。
 f(t)=C sin(2πft-φ)

図4 振幅や位相の表現
回転振り子のスタートポイントのズレが位相、半径が振幅に当たる。
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――次回に続く――