振動と運動について

質問

振動と運動について質問です。

例えば長い鉄のぼうの端をハンマーでたたいたとします。その振動が伝わって反対側にその振動が伝わります。その振動が反対側に伝わる時間経過が有りますよね。
じゃあ、同じように鉄の棒の端を押したとします。その時鉄の棒に変形がなかったとしたら反対側には、時間経過が0で伝わるはずだと考えています。
あくまでもそれ以外の外部によるエネルギー損失は、無いとします。
棒を押す運動に周期を与えれば（スライダークランク機構の様に動くもの）その場合も振動と言えるはずだと思っています。

同じ振動なのにハンマーでたたいた場合は、時間経過が有るのに押した場合には時間経過が無いのは不思議だと思いました。

それとも周期をもった運動は、振動じゃないのか？
振動と運動の違いは、何か？
それとも変形が無ければ振動も周期運動と同様に時間経過なしで伝わるのか？
そもそも変形なしで押した場合の運動にも時間経過が有るのか？
という疑問です。

回答No.5

Nouble

もっと、端的に
表します。

剛体は、変形しない
と、
規定されて、います。

此は、
物理の、法則が
一切、適応できない
対象で、ある事を
示します。

故に、此より
弾性も、波も、
一切が、

抑も、
変形が、無い
と、されるのだから

適応できない。

教育の、ため
等で、
其れでも、敢えて
適応する、場合。

あくまで
架空の、存在、
現実には、あり得ない、
と、
弁え、伝え、

現実への、適応を
試みては、いけない。

此の様に、
念を、押さなければ
いけない。

回答No.4

Nouble

剛体は、

理解を、促進するために、
架空に、想定される
理論、存在で
あり、

実際には、有り得ません。

どれ程、硬くても

例えは、其れが
中性子星、構成体でも、
ブラックホールの、コアでも、

数多の、粒子の
集合体で、あり。

叩かれた、衝撃は
粒子間を、
順繰りに、伝わる。

其れ以上の、体を
為さない。

詰まり、
どんなに、硬いものでも
波が、伝わる
以外では、なく、

併せて、
波を、含めた
全ての、事象伝播は
光速を、越え得ない
と
こんにちは、されている。

故に、
如何に、硬くても

〉「その時鉄の棒に変形がなかったとしたら」
と、言う
仮定は
成立し得ない。

結果、
其の後の、如何なるも
無意味。

加えて、
〉ハンマーでたたいた場合は、時間経過が有る
〉押した場合には時間経過が無い

どちらも
全く、変形の
ない、剛体を
想定した、場合。

〉ハンマーでたたいた場合は、時間経過が有る

が、間違いで

どちらも
時間経過は、ありません。

回答No.3

ddtddtddt

＞その時鉄の棒に変形がなかったとしたら反対側には、時間経過が0で伝わるはずだと考えています。

　正しいです。そのような理想化を剛体と言います。

＞長い鉄のぼうの端をハンマーでたたいたとします。その振動が伝わって反対側にその振動が伝わります。その振動が反対側に伝わる時間経過が有りますよね。

　有ります。通常は弾性波速度を考える事で、衝撃が端までとどく時間を計算できます。棒の伸び（縮み）運動の場合、弾性波速度はv＝(E/ρ)^(1/2)で与えられます。ここにEは棒の弾性係数，ρは密度です。鉄の場合、E＝205000 N/m^2，ρ＝7500 kg/m^3ですので、おおよそv＝5000 m/s（秒速5 km）になります。鉄の棒が10 mだとしたら、端をハンマーで叩いた衝撃は、約0.002秒で反対側まで届きます。じつは一昨日に、ある事情からそういう試験を行ったのですが理論通りの到達時間でした(^^)。

＞じゃあ、同じように鉄の棒の端を押したとします。その時鉄の棒に変形がなかったとしたら・・・

　変形はあります。剛体はあくまで理想化です。変形量δも計算できます。Fが押す力だとしたら、δ＝F・L/E/Aです。ここでLは棒の長さ、Aは棒の断面積です。この変形はやはり秒速5 kmで伝わり、0.002秒後にはδ縮んだ棒になります。結局、叩くのも押すのも同じなんですよ。

　ただし「押す」という行為は「非常にゆっくりした叩き」なので、押してる時間と比較したら0.002秒なんかカスに等しいので、普通は一瞬でδ縮んだという簡略化を行います(^^;)。

回答No.2

marukajiri

長い鉄の棒の端をハンマーで叩いた場合、鉄の棒の端から表面及び内部で、原子と原子がぶつかることにより振動が伝わっていきます。この時、原子の運動により、最初に与えられた力は次第に弱まり、鉄の棒の向こう端に音や振動が到達した時には、最初に加えられたものよりも弱くなっているはずです。通常、振動というものは遠くになればなるほど、最初に与えられた力は、伝達による原子どうしの運動などにより消費されていきますので、到達点での力は減衰していきます。

一方、変形しない鉄の棒の端を押して、わずかでも動けは、これは運動となり全体がその分だけ移動します。先ほどの振動では原子どうしがぶつかることでエネルギーが消費されましたが、押した場合の運動では、全体の原子が同方向に移動しただけなので、エネルギーロスがなく動きとして全体が移動することになります。変形する物質の場合にはこうはいきません。変形する物質を押すと、振動と同じく原子同士の運動により動きが伝わっていきますので、場合によっては向こうの端まで伝わらないこともあります。

振動は原子どうしの運動による伝達であり、原子運動によりエネルギーが使われるので、到達点でのエネルギーは、最初に与えられたものよりも弱まります。この時、振動する原子が振動していない原子にエネルギーを与えることで次々と伝達されていくので、多少の時間がかかります。

運動は、物質内部の原子どうしでのエネルギー消費はなく、全体の移動となり、エネルギー保存の法則により先頭部分が移動した分だけ終点部分が移動します。全体の移動なので、時間のロスも起きません。

回答No.1

sirasak

材料には弾性があるので、叩いたり押したりする反動は振動になって材質特有の早さで伝わると思います。
叩く場合は早い運動なので聴こえる音波で伝わり、ゆっくり押す場合は聴こえない超低周波音波になると思います。
もしも弾性変形が無い材質が在って、断面積が変化しないなら、直ぐに運動が伝わると思います。
音波で考えた素人意見なので参考にまで。