キャンバスをクリックして波源を配置 / 波源をドラッグして移動
$k=2\pi/\lambda$,$\omega=2\pi f$,$r_i$: 波源からの距離
最大4点波源による2次元波動干渉パターンをリアルタイム可視化。波長・周波数・位相差・減衰を自由に調整し、ヤングの二重スリットや位相反転源、4隅グリッドアレイなどのプリセットも検証できます。
キャンバスをクリックして波源を配置 / 波源をドラッグして移動
$k=2\pi/\lambda$,$\omega=2\pi f$,$r_i$: 波源からの距離
光学・計測:ヤングの二重スリット実験はこの原理そのものです。レーザー光の干渉縞から光の波長や微小な変位を高精度に計測します。また、ホログラフィーも干渉パターンを記録・再生する技術です。
音響エンジニアリング:複数のスピーカーを配置し、位相を制御することで、音のビームを形成したり(指向性スピーカー)、特定の場所だけを静粛にする「アクティブノイズキャンセレーション」を実現します。コンサートホールの設計にも応用されます。
非破壊検査:「フェーズドアレイ超音波探傷」は、複数の超音波振動子の発信タイミング(位相)を電子制御し、検査対象内部の欠陥に超音波ビームを自在に走査・焦点合わせする技術です。溶接部の検査などで広く使われています。
レーダー・通信:フェーズドアレイレーダーは、機械的にアンテナを動かさずに、位相制御だけで電波ビームの方向を瞬時に変え、広範囲を高速に探知します。最新の軍事レーダーや5G/6Gの基地局アンテナにも応用されています。
まず、「シミュレーション上の『波源』は理想的な点」という前提を忘れないで。実物のスリットやスピーカーには幅があるから、完全な点波源じゃないんだ。例えば、スリット幅が広すぎると、このシミュレーターで見えるようなシャープな干渉縞はぼやけてしまう。パラメータをいじる時は、「位相」と「初期位相」の違いにも注意して。スライダーで変えているのは波源が出す波のスタートタイミング(初期位相φ)で、距離による遅れ(位相kr)とは別物。位相差ΔΦはこの両方で決まるんだ。
あと、減衰の設定を「なし」にしたまま議論しないこと。2次元の水面波や音波は、エネルギーが広がるので振幅が減衰する。減衰なし(平面波近似)で計算すると、遠くまで均一な強い縞が続くけど、実際は距離とともにコントラストが落ちる。実務でアンテナの指向性を設計する時、この減衰を考慮しないと、想定より遠くで電界強度が足りない、なんてことになるよ。
ヤングの二重スリット実験を想定した計算:波長λ=0.632 mm(He-Neレーザー)、スリット間隔d=0.5 mm、スクリーン距離L=1.0 mの場合、m次の明線位置はy=mλL/d=1.264 mmとなります。本シミュレーターでfreqVal=300 Hz、lambdaVal=0.632 mmを設定すると、相速度v=fλ=189.6 m/sで波動が伝播し、干渉縞の周期が正確に計算されます