センター物理 振動

センター物理 振動
振動数fの音源を装着したボールを2個用意する、どちらもスイッチを入れて音が鳴っている状態で一つのボールは手元に置いておき、他の一つを鉛直上向きに投げ上げ、ボールを投げ上げた位置でうなりを観測した、このとき観測されるうなりの単位時間当たりの回数nの時間変化を表すグラフの概形はどうなるか、最も適当なものを次の(1)～(4)のうちから一つ選べ、ただし、ボールを投げた瞬間の時刻をt=0,投げ挙げたい地にボールが落下してきた時刻をt=Tとし、ボールの初速度の大きさは音速よりも十分に小さく、空気抵抗は無視できるものとする

解説 ボールの初速度の大きさをv[0],音速をVとする、ボールを投げ上げた直後は手元のボールからの振動数fの音と、投げ上げたボールからの振動数Vf/(V+v[0])の音の2つの音が重なり合う

このときに、観測される単位時間当たりのうなりの回数n[1]は
n[1]=f-Vf/(V+v[0])

=v[0]f/(V+v[0]) ボールが最高点に達するまで、ボールの速さは小さくなっていき、最高

点で一瞬静止する、ボールが最高点に達したときに発せられた音と手元のボールから発せられた音の振動数はどちらもfなので、うなりは観測されない、ボールが投げ上げた位置に落ちてくる直前にはボールの速さは初速度の大きさv[0]と等しいので、手元のボールからの振動数fの音と落下してきたボールからの振動数Vf/(V-v[0])の音が重なり合う、

このときに、観測される単位時間当たりの
うなりの回数n[2]はn[2]=Vf/(V-v[0])-f=v[0]f/(V-v[0])
よってn[2]-n[1]=v[0]f/(V-v[0])-v[0]f/(V+v[0])=(2v[0]^2)f/(V^2-v[0]^2)>0
となりn[2]>n[1]となるので(2)が正解となる

解説の投げ上げたボールからの振動数Vf/(V+v[0])とあるのですが、何故Vf/(V+v[0])となるのか分かりません、ボールが最高点に達したときにうなりが観測されない理由が分かりません
ボールが投げ上げた位置に落ちてくる直前にボールの速さが初速度v[0]になるのが何故なのか分かりません
落下してきたボールからの振動数がVf/(V-v[0])になるのが分かりません

No.52 回答者： tknakamuri 回答日時： 2015/01/12 21:24

＞観測者と音源の間の距離が短いときは振動数に影響がないですが

ANO33 の説明を読みました？

この回答への補足

はい、音源の振動数は音源から音波が離れるほど小さくなるんじゃないんですか？
何故なら音源が空気を伝って振動を伝える能力がだんだん離れるほど小さくなっていくからです。

補足日時：2015/01/12 21:29

この回答へのお礼

御返答有難うございます

お礼日時：2015/01/12 21:30

No.51 回答者： gohtraw 回答日時： 2015/01/12 17:39

＞0秒に出た音波は音源との距離が大きいので音源が振動させた

＞空気の振動数が小さくなるんじゃないですか

ほう、音源から出た音は時間とともにその周波数が変わっていくってか？
また減衰と周波数の変化をごっちゃにしているんじゃないだろうな。

この回答への補足

音源から出た音は遠くに行くほど振動しなくなるじゃないですか、だから振動数も変わるんじゃないんですか？

補足日時：2015/01/12 17:53

この回答へのお礼

御返答有難うございます

お礼日時：2015/01/12 17:53

No.50 回答者： gohtraw 回答日時： 2015/01/12 17:34

まったく、あいた口がふさがらんよ。

よくもこれほど次から次へと
訳の判らんことを・・・

＞音源が静止していて音波なんて出せるんですか？
音源は音を出しているから音源。特別に指定がないかぎり音源は絶えず
音を出している。音源の静止／運動といったら通常並進運動のことだ。

この回答への補足

音を出すという事は音源は振動しているという事ですよね、ですが、音源が振動して空気も振動するから音波も振動するんですよね？音波が音源から離れて行くと振動しなくなるんじゃないですか？だから波の長さを同じfで割るのが何故なのか分からないんです

補足日時：2015/01/12 17:52

この回答へのお礼

御返答有難うございます

お礼日時：2015/01/12 17:52

No.49 回答者： gohtraw 回答日時： 2015/01/12 17:19

＞この音波の振動数も音源の振動数と同じものを使っていいのですか？

＞だって音波はものすごい速度で音源から離れて行きますよね？

音波がものすごい速度で音源から遠ざかるときに、どうやって周波数が
変化するのか聞きたいものだ。

この回答への補足

周波数は音源の近くだと変わりません、音源の近くだと空気はfの振動数で振動しますから、
でも音源から離れると空気の振動が弱まっていくので振動数は減ります。ですから音源から出た音波も音源から離れた位置だと振動数が減少しますが、音源の近くだと同じ振動数fで振動します。

補足日時：2015/01/12 17:48

この回答へのお礼

御返答有難うございます

お礼日時：2015/01/12 17:48

No.48 回答者： gohtraw 回答日時： 2015/01/12 17:03

意味不明な文章だな。

だから国語力が・・・

＞観測者と音源の間の距離が短いときは振動数に影響がない
ん？観測者－音源間の距離と、観測者が観測する音の周波数は関連がある？

＞観測者と音源の間の距離が短いときは
ときたので、次は「距離がながいときは」と来るのかと思いきや、
＞音源の進む速度が速いと
ときた。何と何を対比したいのかさっぱり判らん。

＞0秒に出された音波が存在する空気はもうfで振動していないかもしれない
超越革新理論ｐａｒｔ３か？一旦放たれた音の周波数がどうやって変わるのか
知りたいものだ。

この回答への補足

>ん？観測者－音源間の距離と、観測者が観測する音の周波数は関連がある？
観測者と音源間というより音源の速度が関係します、音源の速度が早いと最初に出た波と音源の間の距離がすぐに大きくなります、つまり1秒後に0秒後に出た波との距離が大きくなります、そうすると0秒に出た音波は音源との距離が大きいので音源が振動させた空気の振動数が小さくなるんじゃないですか？という疑問です

補足日時：2015/01/12 17:25

この回答へのお礼

御返答有難うございます

お礼日時：2015/01/12 17:26

No.47 回答者： gohtraw 回答日時： 2015/01/12 16:09

ドップラー効果はおろか、波動のごく基本的なところまでも・・・（以下略）

ということで、超越革新理論ｐａｒｔ２の誕生。

減衰によって振幅が減少し、観測出来なくなったとしてもそれを周波数の
変化とはいわない。それにそうなったらドップラー効果も観測できない。
仮にどんなに微弱な音でも検知できる方法があったとして、静止した
音源から出る音を静止した観察者が聞いたら、その周波数は音源が
発する音の周波数と等しい。

この回答への補足

周波数というのは1秒間に出る波の個数ですよね、これは空気が振動するから波ができるのであって、振動が止まってしまったら波ができないので周波数も変わってくるのではないですか？

>静止した音源から出る音を静止した観察者が聞いたら、その周波数は音源が
>発する音の周波数と等しい。
音源が静止していて音波なんて出せるんですか？音源が振動するから音波も振動するんじゃないんですか？振動するから波なんですよね？

補足日時：2015/01/12 17:22

この回答へのお礼

御返答有難うございます

お礼日時：2015/01/12 17:22

No.46 回答者： tknakamuri 回答日時： 2015/01/12 13:30

>サイレンの音を聞くときに大きくなったり

>小さくなったりは分かりますよ。

言い間違いとは思いますが、ここで問題としているのは
音の高低です。

>音源が振動数fで振動するときに音源から出た
>音波の振動数はどこでも振動数fではないんですよね？

「どこでも」？ 観測者の位置や速度によっては
fで受けることもできます。

>音源の近くだとfだけど離れるにしたがって
>振動は弱くなっていくから振動数が
>減っていくんですよね？

音が小さくなると周波数も減るという発想は初めて
聞きました。そんな事実はないので、
きっぱり頭から消去しましょう。

しかし物理の先生が腰をぬかすような話ですね。

この回答への補足

>fで受けることもできます。
観測者と音源の間の距離が短いときは振動数に影響がないですが、音源の進む速度が速いと1秒間に音源はかなり遠くに進みますよね、そると0秒に出された音波が存在する空気はもうfで振動していないかもしれないんじゃないですか？

補足日時：2015/01/12 15:45

この回答へのお礼

御返答有難うございます

お礼日時：2015/01/12 15:45

No.45 回答者： gohtraw 回答日時： 2015/01/12 12:58

＞離れるにしたがって振動は弱くなっていくから

＞振動数が減っていくんですよね
振動が弱くなるというのも明確さに欠ける表現だが、音の減衰の
ことか？もしそうだとしたら全く違う。音の減衰は振幅の減少で、
振動数の変化とは関係ない。
また超越革新理論か？

＞サイレンの音を聞くときに大きくなったり小さくなったりは分かりますよ
何が大きくなったり小さくなったりするのかな？

もし上記が音の高さが変化して聞こえることを言っているのであれば、
そんなことは小学生でもわかる。高校物理を学ぶ者として、実体験上の
周波数変化と数式上の違いを結びつけられるのが通常の理解力だと
いっている。

＞音源が振動数fで振動するときに音源から出た音波の振動数はどこでも
＞振動数fではないんですよね？
観察者が観察する振動数は両者の相対運動の状態により色々変わるだろうね。
だが音源が発しているのはあくまで振動数ｆの音波だ。

＞音源から出た音波は1秒間にV+vだけ進んだ
いや、違うだろ。過去の書き込みをきちんと読もうか。

＞振動は伝わりにくくなっている
物理的にきちんと説明希望。

この回答への補足

>音の減衰は振幅の減少で、振動数の変化とは関係ない。
でも空気が振動して音は伝わっていくわけですよね、音源から離れると振動しなくなっていくわけですから、振動数もなくなるんじゃないですか？

>だが音源が発しているのはあくまで振動数ｆの音波だ。
音源自体がfで振動しているんですよね、音源から出た音波は空気中が振動しなくなったら振動数が変化するんじゃないですか？

>物理的にきちんと説明希望。
遠くに離れると空気の振動が弱くなっていくからです、空気が振動しないと振動数は存在しないですよね

補足日時：2015/01/12 15:42

この回答へのお礼

御返答有難うございます

お礼日時：2015/01/12 15:42

No.44 回答者： tknakamuri 回答日時： 2015/01/12 12:58

どうも話がかみあってないですね。

私の示した式で、vは単純に
音源の速度です。
vが正なら遠ざかり、負なら
近づきます。つまりvが正なら
観測者が受け取る音が低くなり、
負なら高くなります。

この回答への補足

それは救急車のサイレンの例で感覚としては分かりますよ、それを式で理解するところなんですが、振動数というものを理解する必要があると思います、この振動数と言うのは音源が1秒間にf回振動するって事ですよね。

音源が振動する事で空気が振動しますよね、そうすることで
空気中を伝わる音波の振動するんですが、この音波の振動数も音源の振動数と同じものを使っていいのですか？だって音波はものすごい速度で音源から離れて行きますよね？

そうすると音源からかなり離れた所での空気はもう振動していないかもしれませんよね、だとするとこの振動数fを音波に使ってはいけないんじゃないかって思うんです

補足日時：2015/01/12 15:38

この回答へのお礼

御返答有難うございます

お礼日時：2015/01/12 15:38

No.43 回答者： gohtraw 回答日時： 2015/01/12 08:54

消防車のサイレンの話を出すと音の高さが違って聞こえることが

判るのであれば、それらの音の波長について

＞音源がどう進もうが音波の1秒間の波の長さはV+v

などと言わないのが通常の理解力なのだよ。

要は消防車のサイレンという、実体験できる例が身近にあるにも
関わらず、それを物理現象に対する理解と結びつけることが
出来ていない。

この回答への補足

理屈の部分が式で理解できていないという事です、サイレンの音を聞くときに大きくなったり小さくなったりは分かりますよ。

音源が振動数fで振動するときに音源から出た音波の振動数はどこでも振動数fではないんですよね？

音源の近くだとfだけど離れるにしたがって振動は弱くなっていくから振動数が減っていくんですよね？

ですから、音源がものすごく速い速度で観測者から離れた場合、音源から出た音波は1秒間にV+vだけ進んだとして、1秒間に振動する回数と言うのは変わってきますよね？

音源がものすごく速い速度で動くと1秒後は振動は伝わりにくくなっているんじゃないですか？

ですからV+vをfで割ることで波長を求めるという事が出きないんじゃないですか？

補足日時：2015/01/12 12:08

この回答へのお礼

御返答有難うございます

お礼日時：2015/01/12 12:08