物理学学習ガイド/波の倍音

張った弦の共振は、反点が1つ、節が2つの波形に対して第一高調波を決定します。 つまり、弦の両端は振動しないのでノードとなり、弦の中央は振幅の変化が最も大きいのでアンチノードとなる。 つまり、全波長の半分が共振構造の長さで表される。

第一高調波の周波数は、波速を弦の長さの2倍で割ったものに等しい。 (波速は波長×周波数に等しいことを思い出してください。)

F1 = v/2L

第一高調波の波長は弦の長さの2倍と同じである。

λ1 = 2L

「第n」波長は、基本波長をnで割ったものに等しくなる。

λn = λ1/n

張りつめた弦*

* または2つの同じ端を持つ波系、たとえば、開閉端を持つパイプなどの調和をとることができる。 両端が開いているパイプの場合、パイプの両端に2つの反節点があり、パイプの真ん中に1つの節点がありますが、数学は同じように計算されます。

用語の定義

第1倍音は基本周波数(F1)より上の最初の許容高調波である。

異なる二つの端を持つシステムの場合(一端が開いた管の場合など)、閉鎖端はノードで開放端は反ノードである。 第一共振周波数は、管内では1/4の波しかありません。 つまり、第一高調波の波長は、管の長さの4倍という特徴がある。

F1 = v/4L

第一高調波の波長は弦長の4倍に相当する。

λ1 = 4L

「第n」波長は、基本波長をnで割ったものに等しくなります。

λn = λ1/n

この場合、奇数の高調波のみが共振するので「n」は奇数でなければならないことに注意してください。

一端が開いていて一端が閉じているパイプなど、両端が異なる系*

*の高調波
†この場合は奇数の高調波だけが共鳴するので、nは奇数整数となる。

Vs: 音速

  • 音を伝える媒体(空気)の密度、温度、「バネ性」などの性質に依存する。 複雑な方程式ですが、ここでは温度のみに注目します。
  • 温度が高くなると増加します(分子の動きが速くなる)
  • 気体よりも液体や固体の方が高くなります(分子同士が接近している)
  • 気体よりも液体や固体の方が高くなります(分子同士が接近している)
  • 液体や固体の方が高くなります(分子同士が接近している)。)
  • 「部屋の空気」の場合、340m/s(m/s)です。
  • 音速は20℃で343m/sです。音が通過する物質と温度に基づいて、音速が変わります。

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