音叉の音でガラス管の気柱に共鳴音を起こす実験。それぞれの音叉に記された振動数を元に共鳴位置の理論値を定常波のモデルを元に計算し、実測値と比較する。理論値と実測値の差は、定常波の腹の位置が開口部と一致しないことによるとのと考えられ、その仮定の元に腹の位置を求める。

  

1)実験

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Fig.1 ガラス管の水位を変えながら音叉を鳴らし共鳴して大きな音を出す水位を見つける。

水位は、ガラス管の底部とゴム管で連結した容器を上下して調節する(「パスカルの原理」)。この方法を初めて経験して驚きを示す生徒も多い。

2)実験報告

  
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まとめ

音の共鳴現象と気柱の定常波を理解する良い実験演習である。理論値と実験値の食い違いを考える内容を含む点も良い。

参考文献

 

三省堂、「高等学校 物理I」p. 139「気柱の共鳴の観察」(2008)

管口効果についての最近の論文
K. Kok and F. Boczianowski, "Acoustic Standing Waves: A Battle Between Models", Phys. Teach. 59, 181 (2021).