ホイヘンスの原理ってなに?わかりやすく解説してみた【波動】

高校物理の波動の分野の中でも、超重要な法則が「ホイヘンスの原理」です。

ホイヘンスの原理は「波が広がるイメージ」がうまくできないと混乱してしまいがちです。ですがしっかり図示して整理しながら考えるようにすると、そこまで苦労することなく覚えることができるでしょう。

当記事ではホイヘンスの原理について

  • 苦手な波動を得意にしたい高校生
  • 高校物理を得点源にして大学に合格したい受験生

に向けて、画像を交えながらわかりやすく解説していきます。

ホイヘンスの原理とは

まず、ホイヘンスの原理とはどんな原理でしょうか?ホイヘンスの原理の定義がこちら

ホイヘンスの原理
ある瞬間の任意の点が新しい波源となって素元波を発し、それぞれの素元波が接する面が新しい波面になる

文章で見ると非常にわかりにくく「素元波?なんのこっちゃ??」と頭の中がクエスチョンマークで一杯になって受験生が続出したかもれませんね。

ホイヘンスの原理は実際の波面を図示しながら考えるとわかりやすいです。

平面状に広がる波はどう表す?

波動の分野では、画像のように直線上を進む波の状態を考えることが多いです。

ですが現実世界では水面に落ちた石から広がる波や、空気中を伝わる音波のように、波は平面や空間を広がっていきます。

ホイヘンスの原理は、つまるところ「平面や空間を広がる波の状態を表す」ために考えられた原理です。

ここでは水面に落ちた石がどのように波面を広げていくか?について考えてみます。波面が画像のように広がったとしましょう。

ホイヘンスの原理によると、この時波面上のある点では、それぞれの点が中心となって新しい波源になって波を発生させていると考えます。ここで発生する波を「素元波」と呼びます。

すると無数に存在する素元波と素元波が接する面が新しい波面を形成します。

これがホイヘンスの原理です。

上の例では波源を中心に円状に広がる波(球面波)を考えましたが、平面上を直進する波(平面波)でもホイヘンスの原理は適用されます。

画像で表すと下のようなイメージです。

波面上の点が素元波の波源になり、新しい波面を形成するイメージです。

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まとめ

最後にホイヘンスの原理についてまとめます。

まとめ
ホイヘンスの原理:平面上の波は素元波を中心に広がり、素元波が接する面が新しい波面になる

ホイヘンスの原理は波の回折や屈折など、波動の他の単元に深く関連してくる重要な原理です。ぜひ、他の単元と照らし合わせながら、ホイヘンスの原理はどんな原理か?理解を深めるようにしましょう!


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【波動についてもっと詳しく学ぶ】
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