未来の得点力へ!高校物理 問題演習「クインケ管の干渉条件」【高校物理対応】

今回の問題

wave#18

【設問別解説】考え方から計算プロセスまで徹底ガイド

この問題のテーマは「波の干渉(クインケ管)」です。
問題を解く上で鍵となる物理法則や概念は以下の通りです。

  • 波の干渉条件: 2つの波が重なり合うとき、経路差によって強め合ったり弱め合ったりします。音が最も小さくなるのは、2つの波が逆位相で重なり、弱め合うときです。
  • 波の基本公式: 音の速さ\(v\)、振動数\(f\)、波長\(\lambda\)の間には、\(v = f\lambda\)という関係が成り立ちます。

基本的なアプローチは以下の通りです。

  1. クインケ管のD部分を引き出すことによって、2つの経路の経路差がどれだけ変化するかを考えます。
  2. 「音が最も小さくなった」状態から「ふたたび音が最も小さくなった」という条件が、経路差の変化量と波長\(\lambda\)の間にどのような関係をもたらすかを導き出します。
  3. 導いた関係式から音の波長\(\lambda\)を計算します。
  4. 波の基本公式 \(v = f\lambda\) を用いて、音の振動数\(f\)を求めます。

問(1)

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