逆二乗法則とは、距離が2倍になると、力やエネルギーが4分の1になる法則です。電磁波にも適用され、信号の強度が減少します。
逆二乗法則とは何か
逆二乗法則（ぎゃくにじょうほうそく）とは、物理学における基本的な法則の一つであり、特に重力場や電磁場のような放射エネルギーが広がる現象に適用されます。この法則によれば、一点から放射されるエネルギーの強さは、その点からの距離の二乗に反比例します。
逆二乗法則は、以下のように数学的に表現されます。
公式:
\[
I = \frac{P}{4 \pi r^2}
\]
ここで、
- I: エネルギー強度（W/m2）
- P: 放射出力（W）
- r: 点からの距離（m）
電磁波にどのように適用されるか
電磁波は、光や無線電波などの形で空間を通じてエネルギーを伝播します。逆二乗法則は、これらの電磁波の伝播にも適用されます。例えば、電波を送信するアンテナからの電波の強さが距離の二乗に反比例することを意味します。
具体的には、送信アンテナからrメートル離れた地点での電波強度Iは、以下のように計算できます。
\[
I = \frac{P_t \cdot G}{4 \pi r^2}
\]
ここで、
- Pt: 送信機の放射出力（W）
- G: アンテナのゲイン（無次元）
- r: 点からの距離（m）
この公式を用いることで、受信アンテナがどのくらいの距離でどれだけの信号強度を受信するかを予測することができます。例えば、送信アンテナからの距離が2倍になると、信号強度は1/4になります。これにより、通信範囲の設計や電波の干渉を評価する際に重要な情報が得られます。
逆二乗法則は、環境や障害物の影響を受けない理想的な条件での電磁波伝播を説明しますが、実際の状況では多くの要因が加わります。それでもこの法則は、基本的な電磁波の理解と設計のための重要な基礎となります。
