気柱の共鳴

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？

No.1 回答者： q1w2e3r4t5y6 回答日時： 2001/06/30 03:44

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

No.2 回答者： gator 回答日時： 2001/06/30 13:39

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

No.3 ベストアンサー 回答者： gator 回答日時： 2001/07/01 18:19

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

No.4 回答者： brogie 回答日時： 2001/07/18 07:55

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。