(1)例題
①両端を固定した弦の振動を考える。基本振動の周期はTであり、下図には時刻t=0, t=T/8, t=T/4における、基本振動、2倍振動、およびそれらの合成波の様子を示している。これらを参考に、時刻t=5T/8でのそれぞれの波形をかけ。
(2018年センター試験本試物理第3問問3より)
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②基本振動数が360Hzとなるように、長さ0.450mの弦が弦楽器に張られている。弦を伝わる波の速さを求めよ。また、腹が二つの定常波ができるようにするための振動数を答えよ。
(2017年センター試験本試物理基礎第2問A問1)
(2)例題の答案
①
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②基本振動をするとき、弦に生じた定常波の波長をλとすると
λ/2=0.450
∴ λ=0.900〔m〕
基本振動数が360〔HZ〕であるから、弦を伝わる波の速さv〔m/s〕は、波の基本式より
v=360×0.900=324〔m/s〕
腹が二つの定常波とは2倍振動であるので、求める振動数をfとすると
f=360×2=720〔Hz〕
※腹が二つということは、波長は1/2となる。
(3)解法のポイント
弦に生じる振動は定常波となります。
また、n倍振動とは、振動数が基本振動よりn倍である、ということも知っておきましょう。
そして、弦を伝わる波は、弦の張力と線密度(単位長さあたりの質量)に依存するということも重要です。
(4)必要な知識
①弦を伝わる波
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(5)理解すべきこと
①定常波についてのまとめ(定常波とは何か、固定端反射と自由端反射、弦で発生する定常波、気柱で発生する定常波、固有振動とは、音(縦波)の大きさ(密度の変化)が最大になるときについても解説しています)