光と音の問題

2 種類の笛 A, B の音を、それぞれマイクロホンでコンピュータに取り込み、音の波形を画面に表示させた。画面の横軸は時間を表し、A の音と B の音を表示したときで、横軸の設定（画面の左端から右端までが表す時間）は同じである。

笛 A の音の振動数は $400$ Hz であることがわかっている。笛 A の音を表示したところ、画面の左端から右端までの間に、ちょうど $4$ 回の振動の波形が表示された。次に、笛 B の音を表示したところ、画面の左端から右端までの間に、ちょうど $6$ 回の振動の波形が表示された。

笛 B の音の振動数は何 Hz ですか。ただし、笛 A, B の音の振動数はそれぞれ一定であるものとする。

振動数が $250$ Hz の音を出す音さがある。この音さをたたいて出した音をマイクロホンでオシロスコープに取り込み、画面に波形を表示させた。画面の横軸は時間を表し、横軸の 1 目盛りは $0.0005$ 秒を表すように設定してある。

このとき、画面に表示された波形で、1 回の振動にかかる時間は横軸の何目盛り分になりますか。

おんさをたたいて出た音をマイクで拾い、コンピュータの画面に波形を表示しました。画面の横軸は時間を表し、横軸の 1 目盛りは $0.0005$ 秒です。表示された波形では、1 回の振動（山から次の山まで）が横軸のちょうど 4 目盛り分でした。このおんさの音の振動数は何 Hz ですか。

モーターで回転させた歯車の歯に、厚紙のはしを軽く当てると音が出る。厚紙は、歯が $1$ つ当たるたびに $1$ 回振動する。そのため、出る音の振動数は、$1$ 秒間に厚紙に当たる歯の数に等しい。この音をマイクロホンでコンピュータに取り込み、画面に波形を表示させた。画面の横軸は時間を表し、横軸の $1$ 目盛りは $0.0005$ 秒である。画面の左端から右端までは $20$ 目盛りある。

【実験 1】歯車を $1$ 秒間に $8$ 回転の速さで回転させたところ、$1$ 回の振動にかかる時間は、横軸のちょうど $5$ 目盛り分であった。

【実験 2】同じ歯車の回転の速さだけを変えたところ、画面の左端から右端までのあいだに、ちょうど $10$ 回の振動が表示された。

実験 2 では、歯車は $1$ 秒間に何回転していたか。

モノコードの弦の両端を A, B とし、AB 間の長さは $60$ cm である。弦の AB 間全体をはじいて出た音をマイクロホンでコンピュータに取り込んで調べたところ、$0.02$ 秒間にちょうど $8$ 回振動していた。

次に、弦の張りの強さを変えずに、A から $40$ cm の位置に琴柱（ことじ）を入れ、A と琴柱のあいだの $40$ cm の部分だけを同じ強さではじいた。この弦では、弦の張りの強さが同じとき、弦の振動する部分の長さと音の振動数は反比例するものとする。このときに出た音の振動数は何 Hz ですか。