高校の物理基礎の気柱についてです。 開管について口は開いているのに音が通り抜けず反射する理由が全く分

高校の物理基礎の気柱についてです。

開管について口は開いているのに音が通り抜けず反射する理由が全く分かりません。

教科書には自由に振動できる空気と制約がある空気とでは状態が異なるため、波の反射がおこると書いてありますがわからなくて、いろいろ調べてみても理解できませんでした。

私にもわかるようにご説明お願いします。

No.5 ベストアンサー 回答者： kannnami 回答日時： 2018/02/09 12:11

寄せられた回答を見てもお分かりにならないでしょう？

このように考えてみてください。「口は開いているのに、音が通り抜けず・・・」と書いていますが、それは、音を何か粒子みたいなものと考えているからです。違います。音、つまり波動は、媒質（ここでは空気）の状態の変化が、伝わってゆく「現象」を指しているのです。伝わり方は、当然周りの状況によって違います。お風呂で波を起こしてみてください。同心円状に広がってゆくでしょう？　でも管の中では一方方向に伝わってゆくだけです。
波が開管の出口に達すると、周りの条件が違ってくるわけですから、それから先の波の伝わり方が変わってくることになります。その変化をなるべくわかりやすく説明するのに、波が管の中では閉じ込められて進行してきたのに、そこから先は外へ自由に広がってゆく、その変化を数式的に表すためには、「反射」という概念を入れると上手くゆくだろうということなのです。「通り抜けない」のではなくて、外へ出ると、広がり方が「変わる」のです。その変わりかたは、「反射」が起きて、それと重ね合わさったのだ、と「解釈」しておけば、分かりやすい、ということです。
あなたには「分かりやす」くはなかったかもしれません。でも、そうした根本的な疑問を出すことはいいことです。たいていの方は教科書に書いてあることを丸のみにします。それではただ単なる暗記に過ぎず、教科書以上のことは何も生まれません。根本的な疑問を持つことからこれまでにどれほど多くの進歩がなされたことか、数えきれないほどです。
疑問を持ち続けてください。

No.4 回答者： tknakamuri 回答日時： 2018/02/09 06:31

波は管の端から外へ出てゆくとき急激に広がるため、

この反動が反射になります。

例えば圧力の高いところが管の端に達すると、管から
噴き出しますが、その反動で管の端の圧力は逆に下がってしまう。
これが管を逆走します。

No.3 回答者： doc_somday 回答日時： 2018/02/07 12:20

あなたは「進行波」しか考えていない、波には「定常波」がある。

両端が固定されている定常波は分かり易いが、両端が開放されている定常波には中心に固定点（節）があることを理解しなくてはならない。あなたは小学校でリコーダを真面目に習わなかったから分からない。

No.2 回答者： yhr2 回答日時： 2018/02/07 10:01

No.1です。

少し補足。

＞開管について口は開いているのに音が通り抜けず反射する理由

そもそも、「音が通り抜けず」というのが間違いです。
No.1に書いたように、一部が反射するということです。

そうでなければ、木管楽器（笛）や金管楽器（らっぱ）からは、音が出ないことになってしまいます。
管楽器とは、楽器の中で管の長さで決まる「定常波」を発生させ、それを外に発するものです。音のエネルギーでいえば、「反射」する方がごく一部です。開管ですべて反射してしまったら、外に音が出て来ません。

No.1 回答者： yhr2 回答日時： 2018/02/07 09:36

＞開管について口は開いているのに音が通り抜けず反射する理由が全く分かりません。

音波が伝搬する媒体（この場合には空気）には、「音響インピーダンス」というものがあります。「音波の伝搬しやすさ（しにくさ）」「空気の振動しやすさ」みたいなものです。

電気でいう「交流インピーダンス（交流電流の流れにくさ）」、光でいうと「光の伝わりやすさ」のようなものです。
「光」の「水面」での挙動を考えれば、空気と水とでは光の伝わりやすさが違うので、その境界面（水面）で一部は通過し、一部は反射しますよね？

同じような話が、空気を伝わる音波にもあり、「音響インピーダンス」が急激に変化するところが、光での「水面」に相当するのです。「管の中」では空気が移動しにくく（振動しにくい）、管を出れば自由に移動できる（振動しやすい）という段差が「管の出口」に存在し、そこが光にとっての「水面」のように、一部の音波を通過させ、一部を反射するのです。
（ただし、音に関しては、光のように水と空気とで伝搬速度が変わる（屈折する）ということはありません）