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電波の電界と磁界に関するつぶやき
１ 電磁波に電界はない − English − ＜参考 王様は裸＞
２ 電波に係る不明瞭なこと − English −
５ 電磁波は移動する磁界 − English −
１０ 縦波と横波 − English −
2024/01/25
＜ １ 縦波・疎密波 ＞
前述の電流と同種の縦波（疎密波）について補足する。図１と図２には質量のある固体や液体および気体を媒体にして伝搬する進行波、図３には定在波の様子を示す。
例えば、１０００Ｈｚの大きな音（１２０ｄＢ）が、温度が２０℃の空気（構成粒子は 窒素分子や 酸素分子など）の中を伝搬するとき、構成粒子の変位量（振幅）は 約１１μｍ（移動範囲 約２２μｍ）である。また、音の波長は ０.３４ｍ、音圧は ２８Ｐａ 、構成粒子の速度（流速）は ６８ｍｍ/ｓである。したがって、構成粒子の振動範囲が小さく、縦波（疎密波）の波長と同じ尺度では描けないので、前述の「電流の様子」のように、構成粒子の動作を大きく拡大した振動模擬円を使用している。
前述のように、振動／流速模擬円の伝搬方向に直交する軸は構成粒子の流速を表し、中心軸の上下で移動方向を示し、中心軸からの距離で流速の大きさを示す。そして、各部の構成粒子の流速を繋いだ赤い実線によって流速の分布を示す。また、振動／流速模擬円と中心を共用する構成粒子の密度（圧力）を表す振動／密度模擬円を想定して、構成粒子の密度（圧力）の分布を青い破線によって示す。
なお、振動模擬円は、構成粒子の往復運動を便宜的に円運動にしたもので、流速の分布と密度（圧力）の分布を正弦波のように描く都合上、画面を左から右に伝搬する縦波（疎密波）では、振動模擬円の回転方向を右回転にしている。
ちなみに、前述の電流においては、電流の流れる方向が電子の移動方向に対して逆方向になるので、画面を左から右に流れる電流では、振動模擬円の回転方向を左回転にしている。
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図２は、媒体中を伝搬する縦波（疎密波）の進行波の様子を示す。
縦波（疎密波）の進行波の中で、各構成粒子は隣接の構成粒子からの圧力により揺動され、構成粒子の振動が順送りで伝わる。そして、減衰がなければ、各振動模擬円は同形状である。
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縦波（疎密波）には、質量を有する媒体が移動する（流速を有する）ことによる運動エネルギと、質量を有する媒体の密度による圧力エネルギを有する。そして、縦波（疎密波）の進行波においては、運動エネルギと 圧力エネルギが、同時に（同相で）進行して、双方が対になってエネルギを伝搬している。
図３は、媒体中に発生する縦波（疎密波）の定在波の様子を示す。
縦波（疎密波）の定在波の中で、隣接する構成粒子は各々が発する圧力によって同時に（同相で）揺動する。また、定在波の中の振動模擬円はそれぞれの位置に対応した大きさである。
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縦波（疎密波）の定在波においては、運動エネルギから 圧力エネルギ、あるいは、圧力エネルギから 運動エネルギへと交互にエネルギを変換している。すなわち、一方のエネルギを異なるエネルギに変換することを交互に繰り返すことで、エネルギをその場に温存している。
＜ ２ 横波 ＞
前述の電流とは異種の正弦波状に変化する横波について補足する。図４には質量のある固体や液体の表面を伝搬する進行波の様子を示し、図５には定在波の様子を示す。
例えば、水（構成粒子は水分子）の表面（水面）に形成される横波において、各水分子は波長と同じ尺度で描ける楕円（長径と短径の比率は状況によって異なる）状に運動し、画面の左から右に伝搬する横波の構成粒子は個々の運動円上を右回転で回る。
図４および図５に示す運動円は、構成粒子の往復振動と流速を示す前述した縦波の振動模擬円とは異なり、垂直方向と水平方向に往復振動する構成粒子の位置を示すもので、各構成粒子の軌跡を示す。そして、各部の運動円上の構成粒子を繋いだ青い破線によって表面（水面）の高さを示す。
また、運動円と中心を共用する構成粒子の水平方向の振動と移動速度（流速）を示す振動模擬円を使用して、構成粒子の水平方向の流速の分布を赤い実線によって示す。
図４は、液体の表面を伝搬する横波の進行波の様子を示す。
横波の進行波の中で、各構成粒子は隣接の構成粒子からの圧力により揺動され、構成粒子の振動は順送りで伝わる。また、進行波の中の運動円は進行方向とそれに直交する方向を軸とした楕円で、減衰しなければ、各構成粒子が回る運動円は同形状である。
ちなみに、内部の構成粒子が縦波（疎密波）のように圧力で伝搬する速度は、例えば、水中での圧力伝搬速度、すなわち、水中の音速（縦波の速度）は約１５００ｍ/ｓであるのに対し、水面の横波は目で追える速度である。つまり、内部の縦波（疎密波）は表面の横波の進行速度よりはるかに速い。
したがって、横波の中では縦波（疎密波）による密度の差が無視でき、構成粒子の密度が概ね均一になるため、横波は構成粒子の高さと流速が伝搬する波である。
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液体表面の横波の進行波には、質量を有する媒体が移動する（流速を有する）ことによる運動エネルギと、質量を有する媒体の高さによる位置エネルギを有し、横波の進行波においては、運動エネルギと 位置エネルギが、同時に（同相で）進行して、双方が対になってエネルギを伝搬している。
なお、液体の表面を伝搬する横波の進行波には、質量を有する媒体が上下に移動するときの運動エネルギも有り、媒体の高さによる位置エネルギと交互に交代する振動エネルギとなるが、縦波（疎密波）の挙動と対比するために、上記においては媒体の上下方向の運動エネルギに関する考察を割愛している。
図５は、液体の表面に発生する横波の定在波の様子を示す。
横波の定在波の中で、隣接する構成粒子は各々が発する圧力によって同時に（同相で）運動する。また、定在波の中の運動円はそれぞれの位置に対応した大きさで、それぞれの位置に対応して傾いた細長い楕円で、各構成粒子は略直線的な運動（略往復運動）をする。
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液体表面の横波の定在波においては、運動エネルギから 位置エネルギ、あるいは、位置エネルギから 運動エネルギへと 交互にエネルギを変換している。すなわち、一方のエネルギを異なるエネルギに変換することを交互に繰り返すことで、エネルギをその場に温存している。
なお、液体の表面に発生する横波の定在波には、質量を有する媒体が上下に移動するときの運動エネルギも有り、媒体の高さによる位置エネルギと交互に交代する振動エネルギとなるが、縦波（疎密波）の挙動と対比するために、媒体の上下方向の運動エネルギに関する考察を割愛している。