波の性質を知ろう！

今回は、波の性質を知るための道具を手作りします。材料は、
・500mlのペットボトル
・はさみ
です。
ペットボトルは、炭酸飲料のものが厚手で弾力があり、波の性質を理解しやすくなるでしょう。
例えば、音の場合、山と谷が交互にできる波形となり、山から山までの幅を『波長』といい『音の高さ』と関係があって、その幅が狭いほど高い音になります。また、波形の上から下までの幅を『振幅』といい『音の大きさ』と関係があって、その幅が広いほど大きな音となります。

波と波同士がぶつかると、強めあったり、弱めあったりします。つまり、波はエネルギーをもっていて、その強さにちがいがあるのです。

その波には、『たて波』と『横波』があり、簡単なバネのようなものがあれば、確認することができます。『たて波』は、バネが上下に運動した際のバネとバネの幅で強さが決まります。『横波』も同様で、バネを横にして左右に運動した際のバネの幅で強さが決まります。

ペットボトルバネの完成品です。作り方は、ペットボトルの底の周囲にはさみを入れ、一周する前に少しずつ斜め上へと切り方を変えていきます。このとき、３～５ミリ幅で切ったものが写真のバネです。この場合、バネとしての弾力が失われ、伸びっぱなしになってしまいました。また、お茶のペットボトルの場合、厚さがうすいため余計に弾力が失わたようです。

今度は、最初の５倍の2.5センチで切りました。切る幅が太い分、切るのは楽になります。また、太い分の弾力が増し、バネらしさが増しますが、厚さがないため、少し伸びがちです。

２回の失敗を受けて、厚手のペットボトルで、幅を２センチにして切りました。かなり弾力があり、バネとしての機能は申し分ありません。バネとして用いるならば、炭酸飲料が最適だとわかりました。

たて波を実践しました。バネとバネが伸びエネルギーが最高になると、弾性力がはたらいて元の形に戻ろうとします。そのエネルギーが、隣のバネに移る様子がわかりました。

最後に横波を実践しました。たて波と比べ、バネとバネが伸びたり縮んだりするのがよく見えました。このたて波と横波を合成すると、よく見る波形ができます。詳しくは高校の物理で習います。また、波形は円周を用いて描くことができるため、小学生で習う円周率3.14（π：パイ）を用いた式で表すことができます。