光や音の波長の測り方を教えてください

質問

可視光線の波長は4000オングストロームから7000オングストロームという事ですが、どうやってそれを測ったのでしょうか？
音の波長はどうやって測るのでしょうか？

回答No.2

noname#60878 · ベストアンサー

正確な測定というのではなく、日常の身近にある物を使って測る方法を説明します。

音の波長は比較的長いので測定しやすいです。
1mぐらいの長さの底がふさがった筒を用意します。
音叉か何かなるべく歪みの少ない一定の高さの音源を用意します。楽器でも良いかもしれません。
管に水を注いでゆき、共振する時の気柱の長さを計ります。波長をＬとすると、Ｌ／２，３Ｌ／２・・・・と共振するはずですから、この関係から波長が求められます。実際には管の直径の影響があるので、その項の補正が必要ですが、かなり正確に測れます。

光となると、波長がたいへん短いので身近な物を使って測定するのは難しいですね。比較的簡単そうなな測定方法を紹介すると、
まず、干渉を利用する方法があります。たいへん平滑なガラス板を２枚用意して・・・・ニュートンリングの要領ですね。水面の油膜など薄い膜を利用する方法もありそうです。
回折を利用する方法もありますね。間隔の判っている格子をどうやって用意するかが課題ですが。

お礼

ありがとうございます。お礼を言うのが遅くなって申し訳ありません。
なるほど、音の波長を実感できる方法ですね。今度やってみよう！
ありがとうございました。

回答No.3

oyaoya65

＞空気つまり酸素と窒素の分子が１ｍ幅で右に行ったり左に行ったりしながら全体として一つの方向（右なら右）に波が伝わっている、ということなんでしょうが、

音波は縦波（粗密波）です。
太鼓のバチを叩く面が前後に振動したり、スピーカーのコーンが前後に振動してその空気を前後に押したり引いたりする（粗密状態作る）わけで粗密の間隔が1m間隔位でおきているということですね。
その粗密波が耳の鼓膜を1秒間に400回（400Hzの音の場合）の割合で押したり引いたりしているわけですね。これが耳の蝸牛管の中のリンパ液を伝わって特定の周波数に共鳴する繊毛細胞の繊毛によって聴覚神経に伝わっていくわけですね。

この音波を見るにはマイクロフォンを使えば簡単に電気信号に変換できますからオシロスコープという波形を観る装置で見れば波長が分かります。波長の逆数を取れば周波数が分かります。
またマイクロフォンから取り込んだ信号を周波数カウンターにかければ周波数が数字表示で読みとてます。
周波数カウンターの原理は、電気信号に変換した音の信号をコンパレータで増幅しパルス波にして、一定時間（例えば1秒間）内のパルス数をカウントします。そのカウント数が音の周波数になります。

遅い周波数の測定の場合は音波の1周期の間に、推奨振動子で発信させた正確な周波数のパルス（例えば10MHz）が幾つ入るかをカウントして、正確な周期を測ります。1つのカウントがT=1/10MHz=10^(-7)秒=0.1μ秒ということです。この正確な0.1秒間隔のパルスが幾つ1周期に入るかで、音波の１周期が0.1μ秒の精度で測れるわけです。周期の逆数が周波数ですね。

高速の測定は次のURLをご覧下さい。
歴史的により正確な測定法が考案されていって現在の秒速30万キロ弱（正確には299,792,458m/s）が得られているわけですね。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%85%89%E9%80%9F
光速は速いために速度を測るには、計測器が殆どなかった時代には、木星の周りを公転する衛星の木星の影から見え隠れする時間差を地球から観測して秒速22万キロを計算ではじき出したわけですね（1676年のことですね。江戸時代の初期に最初に測定されたわけです。）現在は光速で回転する機器やミラー、スリット、レーザー光、精確な時間が測れる測定器が開発されていますので、比較的容易に光速やその波長が測れるわけですね。

お礼

ご回答ありがとうございました。お礼が遅くなって大変もうしわけありませんでした。

回答No.1

oyaoya65

＞音の波長はどうやって測るのでしょうか？
高精度で波長を求めるには、マイクでとった音の信号を増幅して、直接周波数カウンターで計測するか、テープレコーダー等に録音したものを再生して周波数カウンターで計測すれば周波数fが分かります。音波の速度は気温に関係しますので気温と音速の関係を調べて、その時の音速vを計算しておけば
波長λは
λ=v/f
から計算で出せます。

空気中の音速vは気温によって変わります。
いっぱんに、
音速v（m/秒）＝331.5＋0.6×気温t（℃）
で算出できます（参考URL）。

大体でよければマイクで録った音波信号をオシロスコープで1周期の時間Toを測り、
上記の音速vをかければ
波長λ=v×To
で計算できます。

＞可視光線の波長
可視光のスペクトルアナライザーで周波数fを求めてやります。波長はλ=Co/fから求めます。Coは光速です。

簡単には波長の目盛りを書き込んだスペクトルカラーチャートと測定光の色を比較します。
測定光が混合光だとプリズムで分解し特定の光だけをスリットで取り出して比較します。
比較は実際の太陽光を分光器（プリズム）で分解した実物のスペクトルチャート（波長書き込み）と比較しても良いですが設備が大掛かりになります。
太陽光のスペクトルには、個々の元素の吸収スペクトルがあり、それらの周波数や波長は詳しく調べられていますので、名前の付けられた暗線（フラウンホーファー線）がスペクトル上の周波数（波長）の目安になります。

フラウンホーファー線
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%83%A9%E3%82%A6%E3%83%B3%E3%83%9B%E3%83%BC%E3%83%95%E3%82%A1%E3%83%BC%E7%B7%9A

参考URL：

http://www.max.hi-ho.ne.jp/lylle/oto2.html

お礼

ありがとうございます。お礼が遅くなり申し訳ありませんでした。僕が知りたかったのは、周波数カウンターがどういう原理で出来ているのか？という事です。音の速度が大体340ｍ/ｓ、周波数がまあ400Hzという事になりますと、波長は1ｍ程度、という事ですよね。と言う事は空気つまり酸素と窒素の分子が１ｍ幅で右に行ったり左に行ったりしながら全体として一つの方向（右なら右）に波が伝わっている、ということなんでしょうが、耳に感じる波長はもっと小さいような感じがして不思議なんです。だから波長をどうやって測るんだろうなあ、と思った次第です。
光はもっと不思議で光が粒子だとすると多分陽子や中性子よりずっと小さいと思うけど、波長はそれに比べるとものすごく長い。その対比が不思議です。どうやって光の波長を測ったんだろう？