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波動の問題

難易度 1教科書の例題レベル高校物理 波動

軸の正の向きに進む正弦波がある。ある瞬間の波形で、山から隣の山までの距離は である。また、媒質の各点が 1 回振動するのにかかる時間は である。この波の速さは何 か。有効数字 2 桁で求めよ。

ある瞬間の波形

この問題で使うもの

この問題を解けるようになるまで(4 技能)
算数中学高校大学大学院

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右端(太枠)がこの問題で使う技能です。左へドラッグすると、さらに前の前提をさかのぼれます。技能を押すと、そこまでの道筋が光ります。

一覧で見る(前提が先)
  1. 音の伝わり方と大きさ・高さ
  2. 音の振動数と波形
  3. 速さと平均の速さ
  4. 波の要素と波の基本式

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

技能「波の要素と波の基本式」を使います。問題文の「山から隣の山までの距離」と「1 回振動するのにかかる時間」が、それぞれどの波の要素にあたるかを考えましょう。

ヒント 2

山から隣の山までの距離は波長 、1 回振動する時間は周期 です。 と を使います。

ヒント 3

、 です。 となるので、あとは に代入します。

答えと解説

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解説を読む

手順 1:波の要素を読み取る

山から隣の山までの距離は波長 です。媒質の各点が 1 回振動するのにかかる時間は周期 です。

手順 2:振動数を求める

振動数 は 1 秒間に振動する回数なので、 が成り立ちます。

手順 3:波の基本式で速さを求める

波は 1 周期 の間に 1 波長 だけ進みます。1 秒間には 回振動するので、 個分の波長だけ進みます。これが波の基本式 です。

と直接計算しても、同じ結果になります。

したがって、波の速さは です。

別解

山から隣の山までの距離は波長なので 。媒質の各点が 1 回振動する時間は周期なので 。波の速さは 。検算:振動数 より となり一致する。

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