› 2次元波動干渉シミュレーター 戻る
波動・音響・光学

2次元波動干渉シミュレーター

伝播・反射と、位相による干渉を、別々のモデルで確かめます。入力を変え、図の観測点と数値の変化を比較してください。

赤・青・グレーは変位の符号を示し、光の明るさや強度ではありません。表示色は固定範囲で飽和します。観測値は元の計算値です。共有URLは入力・波源配置・観測点を保存しますが、現在の波動場と経過時刻を再開するものではありません。停止中も入力・図・数値は更新され、低モーション設定では初期停止します。

計算結果・観測点
—
t [表示s]
—
c [セル/step]
—
f [Hz]
—
λ [セル]
—
有効波源数
—
格子上の最大|u|
—
観測点 u

波動場と点波源の干渉

· · 描画計算: —

理論・主要公式

$u_{tt}+d\,u_t=c^2\nabla^2u$

$C=c\Delta t/\Delta x\le1/\sqrt2$
$\lambda_{\rm cells}=60c/f$

有限差分モデルは180×120の無次元格子です。格距と積分刻みを1とし、cはセル/step、表示時刻はstep数/60、fは表示1秒あたりの周期数です。減衰は時間中心差分で計算します。固定端u=0では符号を反転して反射し、一次Mur吸収では斜め入射・角に反射が残ります。減衰0でも幾何学的な広がりで局所振幅は変わります。

使い方と計算例

伝播・反射と、位相による干渉を、別々のモデルで確かめます。入力を変え、図の観測点と数値の変化を比較してください。

有限差分でc=0.50、f=0.80なら、連続体の目安λ=60c/f=37.5セルです。点波源で「逆位相の2波源」を選び、振幅を同じにして中央を観測すると、等距離の寄与が打ち消し合いu≈0になります。片方の位相・振幅を変えると中央の値も変わります。

仕組みと適用範囲

有限差分モデルは180×120の無次元格子です。格距と積分刻みを1とし、cはセル/step、表示時刻はstep数/60、fは表示1秒あたりの周期数です。減衰は時間中心差分で計算します。固定端u=0では符号を反転して反射し、一次Mur吸収では斜め入射・角に反射が残ります。減衰0でも幾何学的な広がりで局所振幅は変わります。

点波源モデルは700×500の固定基準座標での重ね合わせです。ウィンドウの拡大縮小で波長の意味は変わりません。各波源からの距離rについてA exp(−αr/(3λ))/√rの遠方近似を使い、r<1の点は計算から除きます。αは減衰入力/100です。近接場の厳密解、実際のスリット、水槽、電磁場強度ではありません。

赤・青・グレーは変位の符号を示し、光の明るさや強度ではありません。表示色は固定範囲で飽和します。観測値は元の計算値です。共有URLは入力・波源配置・観測点を保存しますが、現在の波動場と経過時刻を再開するものではありません。停止中も入力・図・数値は更新され、低モーション設定では初期停止します。

Langtangen: centred wave damping and reflecting edges · NIST DLMF: cylindrical-wave far-field asymptotics

よくある質問

波長を直接変えられますか?

点波源モデルでは波長を直接設定できます。有限差分モデルでは波速と周波数から参考波長を計算します。

二重スリット実験ですか?

障壁とスリットはありません。点波源2つの重ね合わせを比較するモデルです。

スマホで波源を移動できますか?

点波源モデルのハンドルを動かすか、x/y欄を入力してください。画布のハンドル以外はページの縦スクロールに使えます。

共有すると同じ瞬間から再開しますか?

いいえ。入力条件と配置を復元し、時間0から開始します。有限差分の場そのものは保存しません。