高校物理

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5分でわかる!気柱の固有振動数

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この動画の要点まとめ

ポイント

気柱の固有振動数

波動13 ポイント1 全部 空欄埋める

これでわかる!
ポイントの解説授業
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気柱に定常波が生じるとき、その 固有振動数 はどう表せるでしょうか?

気柱の固有振動数fの式

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おんさを使って、長さL[m]の閉管に音波を送り込む例で考えてみましょう。

波動13 ポイント1 図

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右が閉端で左が開端です。この波の進む速さ、つまり音速をV[m/s]とおきましょう。気柱に定常波が生じるとき、閉端は節、開端は腹となります。このときの波長λ[m]は、nを自然数として以下の式で表されました。

波動12 ポイント1 クマさんのまとめ 空欄埋める

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固有振動数をf[Hz]とするとき、 f=V/λ に上式を代入すると、

波動13 ポイント1 クマさんのまとめ1行目 空欄埋める

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これが 気柱の固有振動数f の式になります。

定常波ができるのは「共振(共鳴)」のとき

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ここで、気柱に定常波ができるのは、 おんさの振動数f'と気柱の固有振動数fが一致するときのみ という点に注意してください。この現象は以前学んだ 共振(共鳴) ですね。気柱では 共鳴 と言う言葉がよく使われます。問題文で共振または共鳴という言葉が使われていたら、おんさの振動数f'と気柱の固有振動数fは等しいということです。

温度が上がれば上がるほど、音速は増す

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ちなみに音速V[m/s]は温度t[℃]と深いつながりがあり、下の式で表すことができます。

波動13 ポイント1 クマさんのまとめ2行目 空欄埋める

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摂氏0℃における音速は331.5[m/s]であり、温度が1℃上がるごとに0.6[m/s]ずつ速さも増加します。重要な知識なので覚えておきましょう。

波動13 ポイント1 クマさんまとめ 空欄埋める

Suzuki

この授業の先生

鈴木 誠治 先生

知識ゼロからでもわかるようにと、イラストや図をふんだんに使い、難解な物理を徹底的にわかりやすく解きほぐして伝える。

気柱の固有振動数
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