• 締切済み

固有振動のモード

温度Tで熱平衡状態の体積V中の空洞放射の電磁波を呈上はと考える 振動数νとν+dνの間に含まれる固有振動のモードの数が(8πV/c^3)ν^2dνであることを示せ。 という問題で、半径k=(2π/c)νとk+dk=(2π/c)(ν+dν)の2つの球面で はさまれる球内のk点の数の2倍に等しいとあるのですがどういう意味でしょう? (2×4πk^2 dk)/(8π^3/V)=8πV/c^3)ν^2dν とあるのですが、4πk^2 dkが何を指しているのか分かりません。

みんなの回答

  • siegmund
  • ベストアンサー率64% (701/1090)
回答No.1

> 4πk^2 dkが何を指しているのか 半径が k~k+dk の領域の微小体積が 4πk^2 dk です. 球の表面積 4πk^2 に厚さ dk をかけたもの. 体積の引き算 4π(k+dk)^3/3 - 4πk^3/3 で dk の1次まで取っても良いわけですが, 前者の方がベターです. 今は球の体積を知っているわけですが, 通常は微分関係式の方を先に知ってそれを積分するという筋道ですから. > 球内のk点の数の2倍 電磁波は横波ですから,k を決めてもモードが2つあります. 例えば,z 方向に進行する平面波でしたら(つまり,k=(0,0,kz)), 電場の方向が x 方向のものと y 方向のものとがあります. 2つを適当なウェイトで合成すれば, 電場が xy 平面で適当な方向を向いたものが作れます.

関連するQ&A

  • バネの固有振動数を求める問題が分かりません。

    バネの固有振動数を求める問題が分かりません。 下の図の(a)~(d)に示す系の固有振動数を求める問題が分かりません。ばね x=Ae^jωtと置いて計算していき (a)は多分 ω=√(k1/m) となり f=1/2π・√(k1/m) になりました。 (b)も同様に ω=√{k1k2/m(k1+k2)} となり f=1/2π・√{k1k2/m(k1+k2)} (c)(d)が分かりません。 よろしくお願いします。

  • 結合振子の固有角振動数

    結合振子の固有角振動数 図の2つの振子は互いに等しい固有振動数をもっていて、 2つの振子が結合した連成振動の固有振動は単一振子の固有振動数から変化するそうです。 ここで、ω0=√(g/L),ωc=√(K/M)をそれぞれ、 単一の振子、振子を結合するバネと1つの質量M〔kg〕による振動系の固有角振動数とすれば、結合された振子による連成振動の固有角振動数は ω1=ω0 ω2=√{(ω0^2)+(2ωc^2)} の2つの振動数として求められる事になる、らしいんですが、このω1,ω2の導出方法を教えてください。

  • 片持ちはりの固有振動数について

    はりABの固有振動数を求める問題(はりABの見かけのばね定数をKとする)なのですが、固有角振動数√K/mにかけられている1/2πとは何を表しているのでしょうか?

  • 統計力学の問題

    以下の問題で1番を解く際に、ボース分布を使って説くべきなのでしょうか。ギブス因子を考えて解くべきなのでしょうか。頭が混乱しています。それとNは変化するのでしょうか。回答よろしくお願いします。 一辺L の立方体の空洞が温度T の熱浴と接触している場合を考える.熱放射により空洞内で定常振動の電磁波が形 成される.電磁波は2つの偏りがある横波として光速c で伝わる.壁での電磁波の振幅が0 となる境界条件のもとで は,空洞内の電磁波の固有振動の振動数は ν = c2L√(nx^2 + ny^2 + nz^2) , (nx, ny, nz = 1, 2, 3, 4,,,,, ) で与えられる.この条件を満たす固有振動数を小さいものから順番に ν1,ν2,ν3,,,,,νj,,,, (4-1) とする.空洞内の粒子系全体の量子状態を各固有振動ごとの光子数N1, N2, N3,,,,,Nj,,,,,, で表す.この時,零点エ ネルギーを無視して,空洞内のエネルギーは次式で表されるものとする. E =ΣhνjNj  h はプランク(Planck) 定数である.また,ボルツマン(Boltzmann) 定数はk を用いよ. 以下の問いに答えよ. 1. 光子は化学ポテンシャルがゼロのボーズ(Bose) 粒子として振舞う.この系のカノニカル分布と分配関数を求めよ. 2. 1より,特定の偏りにおける振動数νj の固有振動の平均光子数と平均エネルギーを計算せよ.

  • 固有振動数を求めたい

    あるシステムの運動方程式を導くと、 mx"1+k(2x1-x2)=f1 mx"2-k(x1-2x2)=f2 となりました。("はツードットを意味します。xの右の数字は添え字です。) このシステムの固有振動数を求めたいのですが方法がわかりません。 参考サイトでもよいので教えていただけませんか? また、この固有振動数の時のシステムの振る舞いについて述べよという問題もあるのですが、こういう場合、文章で書くのですか?

  • 片持ち梁の固有振動数

    片持ち梁の振動を利用した実験を行いたいのですが,固有振動数の計算方法に関して不明な点があります. まず,単純な片持ち梁の固有振動数については下記の式で算出できると思います. f=(λ/2πL)√(Eg/γ) [Hz] ただし, ・λ:境界条件,振動モードによって決まる係数 ・L:梁の長さ ・E:ヤング率 ・γ:梁の単位体積あたりの重さ さらにこの片持ち梁の先端に質量Wの物体を付加した場合の系の固有振動数の計算方法がわかりません. 実際に実験を行い,固有振動数は計測できているのですが,計算によって理論的に予測したいので,よろしくお願いします.

  • 2自由度系の固有振動数

    2自由度系の固有振動数 質量mの物体が、ばね定数kの二本のばねで支持されている。 この系の固有振動数は? 解説、よろしくお願いします。

  • 振動数方程式

    3自由度系の振動の問題で 振動数方程式を立てたのですが、解けなくて困っています。 (行列式=0) |Iλ^2+2k       -k       0 |        | -k      I'λ^2+2k        -k  | =0      | 0        -k         Iλ^2+2k  |            λ=...... (I=ma^2/2, I'=8ma^2/3π) 慣性モーメント これから固有振動数(低い順にw1,w2,w3として)を求めたいのですが、 方程式が解けないので分かりません。 できれば固有振動数も教えてください。お願いします 結果は(m:質量,k:ねじり剛性,a:半径)剛体の寸法でお願いします。

  • 自動車のサスペンションの固有振動数は?

    はじめまして、よろしくお願い致します。 自動車のサスペンションの固有振動数について、教えてください。 通常、自動車のサスペンションはバネでできていて、車体がバウンシングする固有振動数は、f=(9800*k/W)^0.5*(1/2*pi) (記号の説明、k:バネのバネ定数、W:車両質量、pi:円周率、^0.5:ルート)といわれていますが、タイヤのバネ定数を考慮にいれると、とたんにわからなくなってしまいます。 タイヤのバネ定数をk2だとすると、車体がバウンシングする固有振動数は、いくらになるのでしょうか? 振動に関する文献なども調べてみたのですが、ズバリは載っておらずわかりませんでした。 ぜひ、アドバイスをよろしくお願い致します。

  • 弦の固有振動とか定常波について

    弦を伝わる波の速さは張力や線密度によって決まる。 v=√T/ρ Tは張力、ρは線密度 ここで、 v=fλ fは振動数、λは波長 この場合fとλはいくつかの組み合わせがあると思います。 弦ですから、弦の長さをLとすると、節は弦の端にあるのですから、そうなると 波長は2L、L、2/3L、というように決まります。 v=fλ 一定ですから、波長が決まれば振動数も決まります。 ここまではよいのですが、 以上のように、弦の固有振動数といっても複数あります。 それで、実際にはこれらの振動が同時に起こっているということが知られていますが、 では実験でみる基本振動であるとか2倍振動であるとかは何なのかということです。 うまく説明できるかたはいますか。 宜しくお願いします。