【6】波の性質・音【物理基礎解説】

音物理

この記事では、物理基礎「波の性質」の解説をしていきます。

この項のポイントは以下の2つです。

  • 波の性質
  • 音のうなり

物理基礎で勉強する波や音。どんなものかイメージはできると思いますが、物理学的なアプローチをしてみましょう!

決して難しくないので、頑張って勉強していきましょう!

波の性質

波の性質として分かりにくい部分。しっかりイメージしておかないと、混乱してしまいます。

整理して覚えておいて、問題を解くのに活用してください!

  • 波の独立性・重ね合わせの原理
  • 自由端反射と固定端反射

波の独立性・重ね合わせの原理

右に進む波と左に進む波がぶつかると、波はお互いを素通りします(波の独立性)。

そして、ぶつかった瞬間には、合成波と言って、元の波の変位を足した波ができます(重ね合わせの原理)。

また、同じ速さ・振幅・波長の波がぶつかると「定常波」ができます。

波の性質

友達と向かい合って会話をしていて、お互いの声が打ち合わないのも、波に独立性があるからです。

また、イヤホンのノイズキャンセリングは重ね合わせの原理を利用しており、雑音と逆位相の音をぶつけることで雑音を消しています。

いい動画があったので、見てください。上の動画で波の独立性と重ね合わせが、下の動画で定常波が確認できます。

ウェーブマシンによる波の重ね合わせ(同位相)
定常波

自由端反射と固定端反射

反射とは、やまびこのように波が何かに当たって跳ね返ってくる現象。

反射は跳ね返り方によって「自由端反射」と「固定端反射」に区別されます。

  • 自由端反射(上の動画):反射する地点で媒質が自由に動ける
  • 固定端反射(下の動画):反射する地点で媒質が自由に動けない
自由端と固定端
ウェーブマシンによる自由端反射
ウェーブマシンによる固定端反射

音のうなり

音のうなりは少し分かりにくい分野です。

何となく難しそうという理由で苦手意識がある方もいるはず。差をつけるポイントでもありますね。

うなり

振動数faとfb(fa>fb)の二つの波が合成されると、うなりができます。

うなりの周期は「同位相で重なった2つの波が、次に同位相で重なるまでの時間」になりますね。

つまり、「Aが出した波の個数 – Bが出した波の個数 = 1」が成り立ちます(Bが1周周回遅れしているイメージ)。

faT0 -fbT0 = 1より、(fa – fb)=1/T0

fT0 =1なので、fa – fb = fとなります。

テッド
テッド

「Aが出した波の個数 – Bが出した波の個数 = 1」がイメージしにくい。
学校の周りをAとBがそれぞれ異なる一定の速度で走るとき、必ず1周の周回遅れで追いつくよね。
そういうイメージ!

まとめ

波の性質について理解できましたか?

ポイントをまとめますね。

  • 波の性質は動画で覚えよう
  • うなりの振動数fは、fa-fb

波の性質は可視化してイメージしやすくしましょう。

可視化が物理を得意にする基本です!

さて、理解したら次の単元に進みましょう!

コメント

タイトルとURLをコピーしました