複数の波が重なる干渉・回折、音源や観測者が動くときの音の高さの変化(ドップラー効果)、光の性質を扱う単元です。
だいじな考え方
- 2つの波が重なるとき、山と山(谷と谷)が重なれば強め合い、山と谷が重なれば弱め合います。これを干渉といい、経路差が波長の整数倍(mλ)なら強め合い、半整数倍((m+1/2)λ)なら弱め合います。
- 波が障害物のかげに回り込む現象を回折といい、波長が長いほど回折しやすくなります。
- ドップラー効果は、音源や観測者が動くことで、聞こえる振動数が実際に出している振動数と変わる現象です。近づくと振動数は大きく(高く)、遠ざかると小さく(低く)聞こえます。
- 光が異なる媒質の境界で曲がる屈折では、屈折率が大きい(密な)媒質ほど光の速さは遅くなります。
音源が近づくと波長が詰まり、聞こえる振動数は大きくなる。
やりかた
- 干渉の問題では、2つの波源からの距離の差(経路差)を求める
- 経路差を波長で割り、整数倍か半整数倍かを判定する
- ドップラー効果の問題では、音源・観測者どちらが動いているかを確認する
- 公式f'=f×(V+vo)/(V-vs)に、近づく・遠ざかるに応じて符号を正しく当てはめる
れい
問題: 静止している観測者に、振動数440Hzの音を出しながら音源が速さ20m/sで近づいている。音速を340m/sとして、観測者が聞く振動数を求めよ。
- 音源が近づく場合の式f'=f×V/(V-vs)を使う
- f=440Hz、V=340m/s、vs=20m/s
- f'=440×340/(340-20)=440×340/320
答え: 約4.7×102Hz
つまずきやすいところ
音源が近づくと、聞こえる振動数が小さくなると考えてしまう
音源が近づくと波長が詰まり、聞こえる振動数はもとより大きくなる
干渉で強め合う条件と弱め合う条件を逆に覚えてしまう
経路差が波長の整数倍なら強め合い、半整数倍なら弱め合う
屈折率が大きい媒質ほど光の速さが速いと考えてしまう
屈折率が大きい(密な)媒質ほど光の速さは遅くなる
たしかめ方
- 求めた振動数が、もとの振動数より近づく場合は大きく、遠ざかる場合は小さくなっているかを確認します。
- 干渉の問題では、経路差を波長で割った値が整数か半整数かをもう一度確かめます。