【7】固有振動【物理基礎解説】

固有振動物理

この記事では、物理基礎「固有振動」の解説をしていきます。

この項のポイントは以下の3つです。

  • 弦の固定振動
  • 気柱の固有振動
  • 開口端補正

物理基礎で勉強する波の中でも、試験に出やすい分野。ややこしいですが、難しくはないです。

整理して覚えておきましょう!

弦の固有振動

3つ覚える固有振動の中のひとつめ。まずはここからいきましょう。

弦の固定振動でよく例に出されるのが、ギターの弦を弾いたときですね。

ギターの弦は両端が固定されているので、固定端 – 固定端の振動ということになります。

つまり、両端が節の振動です。

弦の固有振動

気柱の固有振動

2つめ、3つめの固有振動。開菅、閉菅共によくテストに出るので、しっかり覚えておきましょう!

開菅での固有振動

開管の気柱の固定振動でよく例に出されるのは、リコーダーなどの楽器ですね。

リコーダーは両端が解放されているので、自由端 – 自由端の振動ということになります。

つまり、両端が腹の振動です。

開管の固有振動

閉菅での固有振動

閉管の気柱の固定振動でよく例に出されるのは、水を入れたビン。

うまいこと息を吹き込むと、ぼおーっと音が鳴りますね。

息を吹き込む口は開いており、反対側は閉まっているので、自由端 – 固定端の振動となります。

つまり、端が腹と節になるの振動です。

閉管の固有振動

開口端補正

開口端補正は、無視する問題もあれば、考慮する問題もある。

よく分からないところですが、テストに頻出なので、確実に覚えておきましょう!

開口端補正とは、開口部にできる定常波の腹と菅の入り口との距離のこと。

問題に「開口端補正を無視する」と書いてあったら無視して、何も書いてなかったら考慮しましょう。

開口端補正

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。

  • 弦の固有振動と、開管の気柱の固有振動数は同じになる
  • 問題を解くときは、開口端補正を考慮するかどうかに気をつける

ややこしめな分野ですが、理屈を考えると、そう大したことはありません。

整理・理解しておきましょう!

さて、理解したら次の単元に進みましょう!

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