ふたばのブログ〜理科教育と道徳教育を科学する〜

バネとOHPで波を考える

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波は1年生の光や音、地震の単元で出てくる内容です。今回は金属のバネを使って波の性質について考えてみます。

バネで波を考える

①波の独立性

バネで横波を起こします。

横波は逆波で返ってくる

相手側が固定されている場合、波は逆波で返ってきました。

横波に逆波を当てる

波に対して逆波を当てると、波同士が合流する場所で波が合わさりあいお互いに小さくなります。しかし、通り抜けると元の波の大きさに戻ります。波はポイントでは消えても、流れとしては残るんですね。

同じ向きの波を当てる

同じ向きの波をぶつける実験です。ぶつかった点で大きな振幅になります。その後元の流れに戻っているように見えます。
これらの実験から波は粒子と違う性質をもっていることがわかりました。

②定常波を起こす実験

定常波とは、波長・周期(振動数)・振幅・速さが同じで進行方向が互いに逆向きの2つの波が重なり合うことによってできる、波形が進行せずその場に止まって振動しているようにみえる波動のことです。私たちが聞いている音は定常波です。なぜなら、ものが振動した時必ず物質内で反響が起こり波が重なり合うからです。反響しないものはそもそも音が鳴らないです。この定常波をバネで作りました。

2倍波

ゆっくりバネの固有の振動数を意識して振ると2つ山の定常波を作ることができます。バネの中等部が動いていないことがわかります。定常波の特性です。

 3倍波

手を動かす速度を早くすると3倍波がつくれます。

6倍波

もっと早くすると・・・6倍波!すごいですね。このように物質は固有の振動数をもち、その倍数で定常波を発生させることができます。

③水を使って波の干渉を見る実験

最後はバネではなく水とOHPを使って波の干渉を見る実験です。
モーターに2つのボルトをつけて水面に一定間隔で波紋を起こします。
それをOHPで写します。
2つの波紋が干渉しあっている様子が観察できます。
波の発生速度によって強めあう場所、弱め合う場所が異なります。
波の面白さがわかる実験でした。

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