[Q&A広場#036]S波が固体のみしか伝わらないのはなぜ？

ちーがくん

はかせ！今日はこんな質問をいただきました！

質問内容

質問No.36 質問者：高校生らーゆ

S波が固体のみしか伝わらないのはなぜですか？

ちーがくん

確かに、S波は液体中は伝わらないって地学基礎の授業でやりましたが、何でなのかは教わってなかったです。気になります！

はかせ

S波が固体にしか伝わらない理由を理解するためには、S波の特性と物質の性質について知る必要があるんじゃよ。
よし、今回はその理由について解説するぞ。
地震波のP波とS波の性質については以下の記事にまとめているので、それらがあやふやな人はぜひ読んでみてくれ！

【絶対忘れない覚え方】P波とS波はどっちが速い？図解で解説！地震波のP波とS波のうち、先に揺れを感じるのはどっち？ととっさに問われると、どちらか混同してしまうことってよくありますよ...

Contents

S波の特性
固体の性質
液体の性質
気体の性質
まとめ

S波の特性

はかせ

ここでは、この後の解説に必要なS波の知識についてまとめるぞ！
S波は地震波の一種で「横波」とも呼ばれ、進行方向に対して垂直に振動する波なんじゃ。

ちーがくん

P波が進行方向と同じ向きに振動する波でしたよね！
S波は進行方向に垂直に移動する分だけ移動距離が長いですから、その分P波より速度が遅いというイメージで覚えてます！

はかせ

いい覚え方じゃな。
具体的にS波は、地球内部の岩石や土壌を通過するときに、これらの物質の粒子を上下または左右に振動させながら進むんじゃ。
この振動の特性から、S波は剪断波せんだんは（shear wave）とも呼ばれるんじゃよ。

ちーがくん

剪断には物体や流体の内部の面に関して平行方向に力が作用するという意味がありますよね！
だからS波は「剪断波」とも呼ばれてるんですね！

固体の性質

ちーがくん

でも、この話とS波が固体しか伝わらない理由とどうつながってくるんですか？

はかせ

それを説明するために、固体の性質について考えてみよう。
固体は、その構造を保つための「剪断強度」を持っているんじゃ。
剪断強度とは、物質が形を崩さずに力に抵抗する能力のことじゃ。

ちーがくん

なるほど！例えば岩石が形を崩さずにいるのは、剪断強度というものを持ってるからなんですか！

はかせ

そうじゃな。
固体は、この剪断強度のおかげで、S波のような横波が通過する際に、粒子が互いに結びついて振動し、その波が伝わることができるんじゃよ。

ちーがくん

なるほど！固体はその強い剪断強度を持っているから、S波がしっかり伝わるんですね！

液体の性質

はかせ

一方、液体は剪断強度を持っていないんじゃ。
液体は形を保つことができないことからも分かるように、液体の粒子は自由に動くことができるんじゃ。

ちーがくん

えっ、液体は剪断強度を持っていないんですか？

はかせ

例えば、水は容器の形に合わせて形を変えるじゃろう。
これは形を保つための剪断強度を持っていないということを意味しているんじゃよ。
液体では、剪断波が伝わるために必要な横方向の力が維持できないため、S波は伝播できないんじゃ。

ちーがくん

液体だと横方向の力が維持できないんですか！

はかせ

そうじゃ。
これは、液体の粒子が互いに独立して動きやすいためなんじゃ。
このように液体は自由に形を変えられるため、剪断波のように横方向に振動を伝えることができないんじゃよ。

ちーがくん

液体は自由に形を変えられるから、横波を伝えられないことで、S波は伝わらないんだ！

気体の性質

ちーがくん

同じように考えると、S波が気体中を伝わらない理由もよく分かりますね！

はかせ

そうじゃな。
同様に、気体も剪断強度を持たないため、S波を伝えることができないんじゃ。
気体の粒子も自由に動き回るため、横波が進むための横方向の力が存在しないんじゃよ。

ちーがくん

気体も液体と同じ理由でS波が伝わらないんですね！

まとめ

はかせ

今回はS波が固体の中を伝わる理由について解説したぞ。
S波（横波）は進行方向に対して垂直に振動する波で、固体は剪断強度を持っているためS波が通過する際にその振動を伝えることができるんじゃ。
一方、液体や気体は剪断強度を持たないため、S波を伝えることができないんじゃよ。

ちーがくん

S波が固体のみしか伝わらない理由は、
固体が持つ剪断強度によるもので、液体や気体にはその強度がないからS波が伝わらないんですね！
地学を学んででてきた疑問がまたひとつ解消されて、気持ちいいです！
はかせ！今日はありがとうございました！

最後までお読みいただき、ありがとうございました！