まち針でつくる正弦波模型

１　はじめに　

　等速円運動をしている物体のある方向への正射影が単振動である。波源に生じた単振動が周囲の媒質に伝わることで正弦波は生じる。正弦波は電磁波など、わたしたちの身近にある基本的な波である。ここでは、まち針を使って簡単にできる正弦波の模型を作り、正弦波の性質について考えてみよう。

２　準備

　まち針（持つところが球形のもの）、円柱の木材、工作用紙、分度器

３　製作方法

(1)	工作用紙に隣り合う線が30°の角度をなすように線を引く。写真のように机の角に置き、セロハンテープなどで固定する。

(2)	工作用紙に書かれている線を目安に、まち針の間隔が１ｃｍになるように木材に差し込む。このとき、隣り合うまち針のなす角度が30°になるように、まち針をらせん状に差し込む。

(3)	１波長の目安となるように基準となる媒質のまち針の色を変えるとよい。下の動画は１波長が12ｃｍの模型である。

(4)	木材にはバルサなどのやわらかい材質のものを用いると、まち針を簡単に差し込むことができる。まち針の取り扱いには安全面に十分配慮する。

４　正弦波の観察

(1)	正弦波模型の正射影
	正弦波模型を真正面から見たり、光を当てその影を映すことで、正弦波が観察できる。太陽光のような平行光線を利用するとより正確な正弦波が映し出される。

(2)	波源の振動と波の伝搬
	正弦波模型の両端を手で持ち、１秒間に２回転させる。1つの媒質が上下に２回振動し、この間に正弦波が２波長（動画では24ｃｍ）進むことが分かる。

(3)	波の進む向き
	木材の回転方向を変えることで正弦波の進む向きが変わる。

５　おわりに

　まち針のさし込み方を工夫すれば、逆向きに進む２つの正弦波を観察することもできる。正弦波の媒質の位相、変位や速度などに注目して正弦波を観察してみよう。

６　参考資料

愛知エースネット　「簡単な正弦波模型の製作」