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波動の問題

難易度 3共通テストレベル高校物理 波動

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。

波の進む向き

この問題で使うもの

この問題を解けるようになるまで(21 技能)

ヒント

行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。

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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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。

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