波の自由端で反射時の振幅の求め方：高校物理の基本

物理の問題でよく出る「波の反射」について、特に自由端で反射したときの振幅をどう求めるかについて解説します。今回は、定常波が関係しているケースに注目し、正しい振幅の求め方について詳しく説明します。

1. 自由端で反射する波の基本

自由端で反射する波の特徴を理解することが重要です。自由端とは、物体が固定されていない端で、反射した波が物体を引っ張らず、逆向きに反射します。反射波は進行波の振幅と逆向きに出現し、定常波が形成されます。

定常波とは、波が進行しながら反射して固定点を持つ波の形です。定常波の振幅は、各点で最大と最小の振動を繰り返します。

質問にあった通り、波の振幅は進行波と反射波が重なり合ってできる定常波の振幅として求めます。最初に求めるべき振幅は、反射が起こる瞬間の瞬間的な振幅ではなく、定常波が作られた後の振幅です。

定常波における最大振幅（腹の部分）を求めることがポイントとなります。進行波と反射波が完全に重なる場合、この最大振幅が生じます。

自由端で反射した場合、反射波の振幅は進行波の振幅と同じですが、方向が逆転します。したがって、進行波と反射波が重なり合うことで、定常波が形成され、各点で最大振幅を記録します。

定常波ができた時点での振幅が重要で、特に「腹」の部分では振幅が最大になります。この最大振幅が、問題で求められる振幅となります。

自由端で反射する波の振幅を求める際は、その瞬間の振幅ではなく、定常波の形成後の振幅、特に最大振幅（腹の部分）を求めることが重要です。進行波と反射波が重なることで、定常波が形成され、その最大振幅が求めるべき振幅となります。

これで、自由端で反射する波の振幅の求め方が理解できるかと思います。定常波と反射波の関係をしっかりと把握し、問題を解く際にはこの考え方を活かしてください。