共振？？

質問

http://www.nhk.or.jp/kokokoza/→物理→２学期→振動する気柱の所で・・・質問(1)どうして節の部分と、腹の部分が出来るのですか？真っ直ぐ空気は流れないのですか？質問(2)２倍振動、３倍振動とは何を持って、２倍、３倍なのですか？空気の交わる箇所を数えて２倍、３倍というのかな～？？と解釈していましたが、閉管の場合は、何だか違うみたいなので、理解できません。よろしくお願いします＾＾

回答No.4

spspsp00n

>理解に苦しみ＾＾；何回も読み直しております。音は空気の振動とのこですが、真空では音は「ない」のでしょうか？

おっしゃるとおりです。真空中では音を伝える物質がないので、外からの音は聞こえません。
ただし、自分の頭を叩いたり、歯を噛み合せる時の音は聞こえます。これは頭がい骨が音を伝える物質となっているためです。
蛇足ですが、音を伝える物質があれば音は伝播しますので、水中でも音は聞こえます。

ご質問1が理解できないと、ご質問2は理解できませんので、コツコツと頑張ってください。

お礼

ありがとうございました。コツコツと考察していきたいと思います。＾＾

回答No.3

spspsp00n

サイト拝見しました。動画で見ることができたのでしょうか? 私の環境では見れませんでしたが、キャプチャとテキストのみを見てお答えいたします。

ご質問1
真っ直ぐ空気は流れないのですか？と述べられていますので、音の物理を理解されてないのではないかと思います。

音とは圧力の伝播です。これを乱暴な事例でご説明すると以下の通りです。
人間が5人手を繋いで広がっています。左端の人から順にAさん、Bさん、...、Eさんです。
AさんがBさんの腕をCさんの方向に押すと、押されたBさんはCさんを押します。CさんはDさんを押します。
このようにEさんまで力が伝わりますが、このとき力に相当するものが音圧です。人間がに相当するのが空気です。
もし仮にEさんの隣が壁だったとすれば、Eさんは壁を押します。壁は動きませんから反力をEさんに返します。
EさんはまたDさんに、DさんはCさん...、というように力は伝わります。この時の壁が閉管に相当します。
この時、人間はどこかに行ってしまいましたか? 多少左右に動いただけで、元の位置に居ます。
よって、真っ直ぐ空気は流れないのです。

さて節と腹の問題ですが、
例えば、さっきの壁から反力を受けたEさんがDさんを押した時、Aさんがもう一度Bさんを押したとします。
押されたBさんはCさんを押すと同時に、Eさんから押されたDさんもCさんを押します。
Cさんは両側から押され2倍の力がかかります。これが圧力の腹の部分です。

今度は、壁から反力を受けたEさんがDさんを押した時、AさんがBさん引っ張ったとします。
引っ張られたBさんはCさんを引っ張り、同時にEさんから押されたDさんはCさんを押します。
この時のCさんはDさんには押されていますが、Bさんには引っ張られています。
つまりCさんには力がかかっていないのです。これが圧力の節の部分です。

最後に、AさんがBさんを押したり、引っ張ったりを連続で行ったとします。
また具体的に書こうと思いましたが大変すぎますので、挫折し、結論だけ書くと、
Aさんが押したり引いたりするタイミング(周波数)と人間の人数(気柱の長さ)の関係で、いつも力がかからない人(節)といつも押されたり引っ張られてたりする人(腹)とそれらの中間の人(節でも腹でもない部分)が出てきます。このような現象が気柱共鳴と呼ばれ、腹と節が存在する物理です。

ご質問2
今度は20人の人間が手をつないでいるとします。(説明の都合で人数が増えましたが、5人の場合でも物理は同じです。)
AさんがあるタイミングでBさんを押したり、引いたりします。ある程度時間が経過すると、先程述べたように力が常にかからない人(節)と常にかかる人(腹)が何人かあらわれ、それらの中間の人(節でも腹でもない部分)も出てきます。
もしかりにAさんが2倍の早さのタイミングで押し引きしたら、さっきの節と節の間にもう1つ節ができ、同様にさっきの腹と腹の間に腹ができます。
これが2倍振動です。もとの状態が基本振動です。
リンクされていたNHKの番組では先生が息で管の入り口を吹いていましたが、この時、Aさんが押されるタイミングは様々あります。ちょっとイメージが難しいかもしれませんが、このタイミングが同居できるのが音の特徴です(さまざまな周波数があるということです)。よって基本振動、2倍振動、....とたくさん存在します。
また、これは管の中に風を送っているのではなく、空気を振動させているのです。よって吹き方によって音が出ない場合があり、この時は気柱共鳴がおこっていない場合です。基本振動の倍数と倍数の間のケース、たとえば 基本振動のときのAさんの押し引きが100Hz、その2倍振動が200Hzとすると、110Hzでは音がでません。
先生が吹いた息による空気の振動は様々な周波数を持ちますが、出てくる音は管の長さにより決定する周波数だけとなり、その周波数を基本振動の周波数や、2倍、3倍...振動の周波数と呼びます。

理解の助けになりましたら幸いです。

補足

理解に苦しみ＾＾；何回も読み直しております。音は空気の振動とのこですが、真空では音は「ない」のでしょうか？

回答No.2

shintaro-2

>真っ直ぐ空気は流れないのですか？

流れたら、風になってしまいます。
海の波もそうですが、空気や水はエネルギーの媒体であってそれ自体が移動するわけではありません。
人の声だって、その人の息が聴衆に届くわけではなく、振動が伝わるだけです。
　それぞれの場所の空気が振動するタイミングが揃うと、腹になったり節になったりするだけです。

＞質問(2)２倍振動、３倍振動とは何を持って、２倍、３倍なのですか？

共振は、ｎλか、（ｎ＋1/2）λで起きます（どちらか一方の条件）。n=1つまり最低の周波数（最長の波長）が基本で、ｎが一つ増えるたびに2倍、3倍と数えていきます。その意味では、節が２つ増えないと倍数が上がりません

回答No.1

sanori

こんばんは。

ご質問１
池に石を落とすと波ができます。
その波は、水が盛り上がったところ、水がくぼんだところによって形成されます。
それが、腹に相当します。
盛り上がったりくぼんだりせず、元の水位になっている場所が、節に相当します。
また、音は空気の流れではなく、振動、波です。

ご質問２
基本振動（１倍）に対して、腹の数や節の数が何倍になっているかを数えます。
高校講座の写真で、「腹と節」のところの、いちばん右の図を見てください。

基本振動の図では、
・腹は、左端に２分の１個、右端に２分の１個、合計１個あります。
・節は、ど真ん中に１個あります。
腹も節も１個です。

２倍振動の図では、
・腹は左端に１／２個、ど真ん中に１個、右端に１／２個、合計２個あります。
・節は、中央より左寄りに１個、右寄りに１個、合計２個あります。
ですから、基本振動に比べて２倍の個数なので、２倍振動です。

３倍振動の図では、
・腹は、左から、１／２個、１個、１個、１／２個、合計３個。
・節は、３個。
ですから、基本振動に比べて３倍の個数なので、３倍振動です。

次に、「閉管の共鳴」のところのいちばん右の図を説明します。

基本振動の図では、
・腹は右端に１／２個
・節は左端に１／２個
どちらも１／２個です。

３倍振動の図では、
・腹は、左寄りに１個、右端に１／２個　合計３／２個です。
・節は、左端に１／２個、右寄りに１個　合計３／２個です。
ですから、基本振動に比べて３倍の個数なので、３倍振動です。

５倍振動の図では、
・腹は、左から、１個、１個、１／２個　合計５／２個です。
・節は、左から、１／２個、１個、１個　合計５／２個です。
ですから、基本振動に比べて５倍の個数なので、５倍振動です。