波の回折
カンガルー先生すき間の幅が波長より広いとまっすぐ通り抜け、波長に近いくらい狭いほど裏側まで大きく広がる。音は波長が長いから回り込みやすいんだ。
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- 波が障害物のすき間や端を通りすぎるとき、まっすぐ進むだけでなく、障害物の裏側にも波が広がって伝わる現象を**回折**という。
- 回折の目立ちやすさは、すき間の幅Wと波長（新しいタブで開きます）λの比で決まり、**Wがλに近いほど（すき間が狭いほど）よく回折し**、Wがλより十分広いとほとんど回折せずまっすぐ進む。
- 回折はホイヘンスの原理（新しいタブで開きます）で説明できる。すき間を通った波面上の各点が新しい素元波の源になり、すき間の両端からの素元波が裏側にも広がって届くために起こる。
詳しく
波の回折とすき間の幅
波が、板にあけたすき間や、障害物の端を通りすぎるとき、まっすぐ進むだけでなく、障害物の裏側（直進したのでは届かないはずの場所）にも波が広がって伝わる。この現象を回折という。
回折がどれくらい目立つかは、すき間の幅Wと波長λの比で決まる。Wがλに近いほど（すき間が狭いほど）回折は目立ち、波は裏側まで大きく広がる。反対にWがλより十分大きいと、波はほとんどそのまままっすぐ進み、裏側にはあまり広がらない。
音は波長（数cmから数m）が可視光（1μm以下）よりずっと長いため、ドアのすき間や塀の角でも回折が目立ち、音源が見えない場所まで聞こえることが多い。
例題：すき間の幅と波長の比
例題1：波長2.0cmの水面波が、幅1.5cmのすき間を通るとき、すき間の幅と波長の比は0.75。1に近い値なので、すき間の裏側まで波がよく広がる（回折が目立つ）。
例題2：同じ波長2.0cmの水面波が、幅20cmの広いすき間を通るときは、比はではなくと小さくなり、波はほぼまっすぐ進んで、裏側への広がりはわずかになる。
すき間を狭くするほど、すき間自体が1つの点波源に近づき、そこから円形に広がる波が出るようになる。
なぜすき間が狭いほど回折するのか
ホイヘンスの原理で考える。すき間を通った瞬間の波面の上にも、無数の点があり、それぞれが新しい素元波の源になる。すき間の幅Wが波長λより十分広いと、波面上の多くの点から出る素元波が重なり合い、全体としてほぼもとの向きへまっすぐ進む波面が再現されるしくみだ。
すき間が狭くなり、幅Wが波長λに近づくと、波面上の点の数が少なくなって、素元波どうしがまっすぐ進む方向だけに重なりきれなくなる。すき間の両端に近い点から出た素元波が、まっすぐ進む方向からそれた向きにも強く広がって残るため、裏側まで波が伝わる。
すき間がさらに狭く、波長よりずっと小さくなると、すき間全体が実質1つの点波源とみなせるようになり、そこから半円状に波が広がる、回折がもっとも目立つ状態になる。
確認問題
確認問題（解答用紙）
スマホやタブレットで読み取ると、この問題をその場で解けます。
https://manazoo.com/science/diffraction-of-waves/?from=print#quiz
すき間を通る波の回折は、すき間の幅が波長と比べてどうなるほど目立つか。
- ◯ 狭いほど目立つ（波長に近いほど）
- ◯ 幅には関係しない
- ◯ 広いほど目立つ
- ◯ 波長の2倍のときだけ目立つ
正解：狭いほど目立つ（波長に近いほど）
すき間の幅Wが波長（新しいタブで開きます）λに近い（狭い）ほど回折は目立ち、波が裏側まで大きく広がる。Wがλより十分広いとほぼまっすぐ進む。波長2.0cmの水面波が、幅1.5cmのすき間を通る。すき間の幅は波長の何倍か。
答え：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
正解：0.75
1.5÷2.0＝0.75倍。1に近い値なので、すき間の裏側まで波がよく広がる（回折が目立つ）。ホイヘンスの原理で、波が狭いすき間を通ると裏側まで広がる理由を説明すると、どれが正しいか。
- ◯ すき間を通った波面上の点が出す素元波が、まっすぐ進む方向からそれた向きにも強く広がって残るから
- ◯ すき間を通るときだけ波源から新しい波が生まれるから
- ◯ すき間を通ると波の速さがつねに2倍になるから
- ◯ すき間を通ると振動数が変わるから
正解：すき間を通った波面上の点が出す素元波が、まっすぐ進む方向からそれた向きにも強く広がって残るから
すき間が狭く点の数が少ないと、素元波（新しいタブで開きます）どうしがまっすぐ進む方向だけに重なりきれず、すき間の端からの素元波が裏側にも広がって伝わる。
単元のポイント
- 回折 波が障害物のすき間や端の裏側まで広がって伝わる現象
- 回折の目立ちやすさ すき間の幅Wが波長λに近いほど目立つ