共鳴ってなんですか?気柱の共鳴ってなんですか?どうやったら気柱が共鳴するんですか?それと波の分野がよくわからないんですが、どうすれば得意になれるんですか?

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A 回答 (4件)

お返事ありがとうございます。

お返事遅くなってすみません。
気柱の気は気体の気です。気柱は即ち笛等の中のように空気の柱を言います。
さて、共振とか共鳴とは、ある物体に外から周期的な力を加えた場合、その周期と
物体の持つ固有振動数が一致した場合に物体の振動が極度に成長することを言いま
す。例えばブランコをこぐとき、てきとうなこぎ方ではダメですが、ブランコの長
さにあった周期でこげば、どんどん振れ幅は大きくなります。
ビンをボーっと吹くとき、無意識にやっていることは、息の強さを調節して上手く
鳴る所を探しています。ビンを吹くと、吹いた息はビンの口にあたり、ビンの中に
入ったり外に出たりを繰り返し、「波」になります。息を強く吹くとその繰り返し
は早くなり、弱くすると遅くなります。前回の回答でも書きましたが、ビンの長さ
と波の波長の条件があった波のみが強められて(共鳴して)音となって聞こえて来
るのです。
定在波(定常波)は一方向へ向かう波とその反対方向へ向かう波が足し合わされた場
合にできる、どちらにも進まない波のことです。場所によってまったく振動しない
場所「節」ともっとも強く振動する場所「腹」ができます。楽器の弦や気柱には長
さがあって、つまり端があって、そこで波は反射します。弦の場合、両端は「節」
です。ビンを吹く場合、ビンの口は「腹」、ビンの底は「節」です。その条件を満
たしかつ定常波が立つには、図を描いてみればわかりますが、弦の場合は半波長の
整数倍、1/4波長の奇数倍(前回の回答は間違っていました)の場合となります。
前回の回答では定常波=共鳴のように書いていましたが、以上のように違います。
定常波の立つ条件(波長と長さの関係)の件と合わせ、申し訳ありませんでした。

以上
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波には、縦波と横波があります。

縦波は波の進行方向に振動する波です、横波は波の進行方向に直角に振動する波です。音の波は、疎密波と言われるものです。空気の薄い処と密な処が交互に出来ます。音は縦波に相当します。

氣柱での共鳴は、閉じた方は振動しませんから節(蜜)で、開いたほうは腹(疎)になります。音波にも矢張り、波長がありますから、その波長の波が丁度上の条件を満たす時に、共鳴が起きます。閉じた方を上げ下げして、氣柱の長さを調整して共鳴させます。

共鳴している波は定常波ですから、節から節までは波長の1/2です。注意して下さい。

これを実現するものに、クントの実験というものがあります。なかなか、共鳴が起きません。学生時代苦労した覚えがあります。

共振を起こして事故が起きた事が幾つかあります。アメリカでの橋が風により共鳴を起こし崩壊しました。日本では遠足に行った小学生が吊り橋で共振が起き谷底に転落した事故が起きました。

また、共振が起きないように工夫したものに五重の塔があります。五重の塔は中心に大きな柱があり、この柱の下は土にはついていなくてフリーです。これにより固有振動数が大きくなり、台風や地震の振動数と合いませんから、共振しません。このために長い期間倒れずに、あの可憐な姿を見ることができます。

参考までに。
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中高生でしょうか?


気柱の共鳴のわかりやすい例は、ジュースのビン等の口に唇を付けて吹くとボーっと
音がするというあれです。(笛とか管楽器もそうですけど) ビンの中の空気が気柱で
す。吹くことで上から空気の波が入って行きます。その波はビンの底で反射して上
がってきます。上からの波と反射の波の波長と気柱の長さがある条件を満たせば、
共鳴となります。
音の波は空気の粗密なので目に見えないので、他の例を使って共鳴を説明します。
小さいときにお風呂で遊びませんでした? 浴槽の短辺に向かって水面を両手を広げ
て上下させると山と谷と交互にくりかえします。手を上下させる速さを上手く調整
しないと上手くいきません。上手くやると(もっと早く上下させると)山2つも可能だ
し、左右の手を上下逆にしてもできます。
これを波の定在波といい、右に進む波と左に進む波が合成されて、長さ(浴槽の短辺
の長さ)が波の波長の整数倍(ビンの場合は高さが波長の整数倍+半)の場合に、波が
どちらにも進まず強め会う現象です。音の場合共鳴と呼びます。

以上です。

この回答への補足

つまり水波などでは定常波と呼び音では共鳴と呼ぶってことですか?それとビンの口に唇をつけて吹くと『ボーっ』と音がするのが共鳴って言いましたがどこら辺が共鳴なんですか?『ボーっ』と音がでたことが共鳴の証なんですか?

補足日時:2001/06/30 22:42
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まず、理論上の話しです。

大きな木があるとします。あなたはこの木を押します。しかし、びくともしません。そこであなたは一定のリズムで木を押します(一定のリズムで揺らす)そうすると、不思議なことに木はゆれ出すのです。  一般に、振動体にその固有振動の周期に等しい周期で変化する外力を加え続けると、振動体はエネルギーをもらってしだいに大きく振動するようになる。この現象を共振といい、特に音をともなう場合を共振といいます。どうやったら気柱が共鳴⇒振動するかは波の性質を知らなければおそらく理解できません。波と言っても縦、横波2種類あり、それぞれ特徴があり違います。気柱を知りたいならまず、横波からですね。これは、字で説明するより図で表わした方が理解がたやすいと思います。monさんはおそらく高校生でしょう。(?)理解への近道はありませんが、確実なのは教科書を熟読することです。  きちんと答えてあげられなくてすみませんでした。以上です

この回答への補足

一応波は全範囲既習ですので教えてください。教科書や参考書を読んでもよくわからないんです。気柱の気はなんですか?柱はなんですか?共鳴するとどんな利点があるんですか?

補足日時:2001/06/30 22:54
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Q気柱の共鳴実験で共鳴点に幅があるのはなぜ?

当方は高校三年理系履修者です。
http://www.phy.sakura.ne.jp/hp/onsa.htm

気柱の共鳴を利用して音叉の振動数を測定するという上のリンク先のような実験をやりました。気柱の水位を下げていくことにより共鳴点を探すという内容なんですが、 水位を1cmくらい上下しても音が聞こえてきます。 共鳴点に上下の幅があるのでは何故でしょうか?

これに関して減衰振動というのは関係があるのでしょうか?あるとすれば
・減衰の原因になるもの
・なぜ減衰振動だと幅がでるのかなど
教えて下さい。

Aベストアンサー

これは共振現象の「Q値」で説明されます。
「Q値」については参考URLを見てください。

通常の共振現象(機械的共振や電気的共振)では必ずエネルギーのロスが有ります。
このロスが少ないほどQ値は大きくなります。
Q値が大きいつまりロスが少ない共振は一度振動すればその状態が変化しにくい事になります。
これは外部から力を加えて振動状態を変える場合でも言えることでQ値が大きいものを動かす場合にも言えることです。

例えばフーコーの振り子のように何キログラムもあるような振り子を動かす事を考えて見ましょう。
重りが重いのでいきなり動かそうと思っても小さい力では動きませんが
小さい力でも振り子の周期と同じ周期で気長に押してあげればいずれは大きく動くようになります。
少しずつエネルギーを蓄える事により大きなエネルギー(振幅)を得る事ができるわけです。
振り子の周期から少しずれた周期で動かそうと思えばもう少し大きな力で押す必要があります。
うんと離れた周期で動かそうと思ったら重りを持ち上げるぐらいの力が必要となります。

振り子を水の中で動かそうと思ったらどうでしょうか。
繰り返し押しても振動はすぐに減衰してしまい水の抵抗+重りを持ち上げるぐらいの力が必要になります。
そうであれば力が同じ場合共振周波数からずれたところと同じ程度しか動かせない事になり共振の幅が広がったようになります。

減衰の原因はエネルギーのロスです。
ロスが大きいとエネルギーの蓄積がしにくく大きな振動が得られない。
そのため共振周波数がずれたところとの振幅の差が生じにくくなります。

参考URL:http://ja.wikipedia.org/wiki/Q%E5%80%A4

これは共振現象の「Q値」で説明されます。
「Q値」については参考URLを見てください。

通常の共振現象(機械的共振や電気的共振)では必ずエネルギーのロスが有ります。
このロスが少ないほどQ値は大きくなります。
Q値が大きいつまりロスが少ない共振は一度振動すればその状態が変化しにくい事になります。
これは外部から力を加えて振動状態を変える場合でも言えることでQ値が大きいものを動かす場合にも言えることです。

例えばフーコーの振り子のように何キログラムもあるような振り子を動...続きを読む

Q気柱の共鳴について

一方が開口端、もう一方が固定端の問題なのですが、参考書にイモが二個半で波長が5/4λと書いてあります。

これは3/2λの間違えではないでしょうか?お願いします

Aベストアンサー

イモが一個半なら3/2λでしょうね。

Q気柱共鳴装置

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Aベストアンサー

http://www.makasaka.net/physics/kichu/kichu.html
みたいなもの?
実際に実験してみれば、あなたの疑問は、一瞬で解決するとは思いますが。。

水準瓶とガラス管は太さが違いますよね。(水準瓶のほうが太い)
水準瓶を高く上げたときは、水面は水準瓶の底のほうにありますが、
水準瓶を下げたときは、水面は水準瓶の上のほうにくるでしょう。

Q気柱共鳴の実験

こんばんわ。共鳴実験についてご質問させてください

共鳴実験から波長を求め、振動数を求めるというものです。

気柱共鳴装置の管口で音叉を鳴らし続けます。

だんだんと水面を下げていき、共鳴音を出す所を3箇所探します。

管口からはじめの共鳴地点までの距離をL1.2,3番目をL2.L3とします。

この実験について3点のご質問をさせていただきます。

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以上の3点になります。
どうぞよろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

 規約違反になるのかな。

(1) (L3-5*L1)/4
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Q気柱共鳴についての質問です

 音の速さを求めるために気柱共鳴の実験をしました。

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 どなたかなぜ音が小さくなるのか、また音が小さくなっている時の気柱の状態について教えてもらえないでしょうか。

Aベストアンサー

こんにちわ。

>共鳴して音が大きくなる時の気柱の状態は基本振動だとか、
>三倍振動だとかいろいろと書かれているのに、
これは開口部に「腹」がくるときに対して、このように定義されているからです。
単に腹の数もわかるように(基本、三倍、五倍・・・と)名づけた名前だけの話です。

ですので、開口部の「節」がくるときもあります。
質問者さんは、このときを観測したことになります。


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