波動の問題
軸にそって張られたひもを伝わる横波がある。位置 〔m〕、時刻 〔s〕におけるひもの変位 〔m〕が
と表される。ひもの各点は 軸の方向に単振動している。
ひもの各点が振動するときの速さの最大値は何 か。有効数字 2 桁で求めよ。円周率は とする。
この問題で使うもの
- 正弦波の式(説明と入口の問題)
- 波の要素と波の基本式(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(21 技能)
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ヒント
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ヒント 1
ひもの各点は単振動しています。単振動の速さの最大値は、振幅 と角振動数 で表せます。
ヒント 2
式を と比べて、 と を読み取りましょう。
ヒント 3
、 です。速さの最大値は です。
答えと解説
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解説を読む
振幅と周期
与えられた式を と比べると
単振動の速さの最大値
位置 を決めると、その点の変位は ( は定数)の形の単振動で、角振動数は
である。単振動の速さは振動の中心()で最大になり、その値は である。
有効数字 2 桁で である。
(波の伝わる速さ とは別の量であることに注意する。)
別解
より、振幅 、振動数 、角振動数 。
ひもの各点の速度は を時間で微分して
速さの最大値は の絶対値が 1 のときで
有効数字 2 桁で 。
検算: 単振動の最大の速さ 、 より 。波の伝わる速さ()とは別の量であることにも注意する。