正弦波とは?公式や余弦波との違い・身近な例を徹底図解

正弦波とは?公式や余弦波との違い・身近な例を徹底図解

正弦波とは?公式や余弦波との違い・身近な例を徹底図解の真相について、最新情報を詳しくお届けします。

数学や高校物理でつまずきやすいのが数式の取り扱いです。正弦波の数式表現は、時間変化のみを追う場合と、空間を伝わる波(波動)を記述する場合で形式が分かれます。

ある1点における時間的な振動を表す最も基本的な公式は次の通りです。

$$y(t) = A \sin(\omega t + \phi)$$

ここで $y(t)$ は時刻 $t$ における変位、$A$ は振幅、$\omega$(オメガ)は角振動数($\omega = 2\pi f = 2\pi / T$)、$\phi$(ファイ)は初期位相を表します。時間を進めるごとに $\sin$ の中身が増加し、$1$ から $-1$ の間を滑らかに行き来します。

一方、空間を波が伝わっていく様子(位置 $x$ と時刻 $t$ の両方の関数)を表す高校物理の波動公式は以下の形を取ります。

$$y(x, t) = A \sin 2\pi \left( \frac{t}{T} - \frac{x}{\lambda} \right)$$

$\lambda$(ラムダ)は波1個分の長さである「波長」です。この式は「波が速度 $v = \lambda / T$ で $x$ 軸の正の方向へ進む」現象を数学的に完璧に表現しています。グラフを描く際は、横軸が「時刻 $t$」なのか「位置 $x$」なのかを確認することがミスを防ぐ決定的なポイントです。

田中 結衣
著者

田中 結衣

グルメと旅を愛するフリーライター。全国各地の隠れた魅力を独自の視点から紹介します。