問題

図は時刻$t=0$における位置$x[\rm m]\leqq 0$での媒質の変位$y[\rm m]$を表している.AからMは等間隔の媒質の位置を表す.この波は正弦波であり,$x$軸の正の向きに進んでいるとき,次の問いに答えよ.
(1) 媒質の振動状態がCと同位相である位置をA~Mの中から全て選べ.
(2) 媒質の振動状態がCと逆位相である位置をA~Mの中から全て選べ.
<解答>
(1)

NEKO
Cと同位相なものは,Cと同じ場所にあるEとKとMってことかな??

PHYさん
残念ながらそれでは,不正解です.
答えは,位相が$2\pi$ずれているKのみ(答)になります.
その理由は,次の瞬間の波形をみると理解できるでしょう.


PHYさん
波が$x$軸の正方向に進んでいるので,$t=0$の少し後では,青のような波形になっています.
すると,Cは$y$軸の負の方向に移動している途中であることが確認できますね.
Kが同様に,$y$軸の負の方向に移動している一方,EやMは上方向へ移動している.
このように,ある時刻で同じ変位にあるかといって,同じ位相というわけではありません.
常に同じタイミングで振動しているところが同位相です.
(2)

NEKO
ということは,逆位相は常に逆に振動しているところを探せばいいんだね!


NEKO
Cと真逆の位置にあるのは,A,G,Iだけど,Cと真逆の速度をもっているのは,G(答)だね.
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