物理
高校生
解決済み

波の分野のうなりについてです

画像の10行目からで、「2つの音源の振動数をそれぞれf1,f2〔Hz〕とすると、周期T0〔s〕の間に2つの音源から出る波の数f1T0個とf2T0個は波1個分ずれる」という部分がわかりません
必ず1個分ずれると言い切れるのはなぜなんでしょうか…?

E うなり 振動数がわずかに異なる2つのおんさを同時に鳴らすと, ウォーン, ウォーンと音の大小が周期的にくり返されて聞こえる(図39)。このよう な現象をうなりという。うなりは2つ beat の音波が重なりあうことによって生じる。 1秒当たりに生じるうなりの回数fを 図40をもとにして求めよう。 うなりが 1回生じる時間(うなりの周期) を To [s] と すると, 1秒間では 回うなりが生じ To る。したがって, f と To の関係はf= 1 To となる。また,2つの音源の振動数 をそれぞれ fi, fz [Hz] とすると,周期 To [s] の間に2つの音源から出る波の数 fiTo 個とf2T。 個は波1個分ずれるので |fiTo - fzTo| = 1 (17) よって AU B "O BU 1 うなりの回数 f = \f-f2| (18) O み 空気の圧力変化 O 44 第3編 波 同位相 図 39 おんさによるうなり 動数の等しい2つのおんさの一方 におもりをつけると、枝が少し重く なり,振動数はわずかに小さくなる。 逆位相 (18) 式を導く To > 0 であるから, (17) 式より |f₁-f₂| To=1 firo 個の波 (この図では5個) よってTo= これを f=1に代入して f=/=1fi-fal To fT。 個の波 (この図では4個) うなりの周期 To[s] 1 Tf₁-f₂l 同位相 時間 VA ●図 40 振動数がわずかに異なる2つのおんさによるうなり 合成波の振幅は,同位相で重 なるときに最大となり, 逆位相で重なるときに最小となる。 10

回答

✨ ベストアンサー ✨

例えば、波Aと波Bがあって、波Aがひと波進む間に波Bが0.8波進むとします(教科書の図そのものですね)。この場合、1周期ごとに0.2波だけずれるので、Aが波5個分進んだ時、AとBの間にはちょうど波1個分のズレができるということになります。
こんなふうに、振動数の近い2つの波を追っていけば、ちょっとずつちょっとずつズレが生じて行って、いずれ波一個分のズレができる、という現象が必ず起きることになります。
|f1T0-f2T0|が必ず1になる、というよりはむしろ、このような現象が起きるのにかかる時間をT0と定義する、と考えるとわかりやすいかもしれません。

まぐろのおすし

うーん、やっぱりわかりません…😭
教科書では波の数が5個と4個だからなんとなく1になるのかなと思うのですが、もし波の数が5個と3個とかだとどうなるのか見当もつきません…
教えていただきたいです🙇‍♂️

沢木陽織

確かに、教科書の図のようになるのはまれですね。簡単に言えば、そのような場合は周期は整数ではなくなります。添付画像に具体的な例を載せました。
この画像では、緑の波の周波数f1=0.5、青の波の周波数f2=0.3で、赤はその合成波になっています。
f1=0.5、f2=0.3ということは、緑の波が波1個分進むと青の波は波3/5個分だけ進みます。よって、緑の波1個につき波2/5個分のズレが生じることになるので、緑波2.5個で波1個のズレが生じ、これがうなりの1周期ということになります。
赤のグラフを見ると、確かにそうなっていることが分かります。(教科書と違って山と谷ですが、振幅が最大であることには変わりないということに注意してください。)
また、このグラフからT=5と分かりますが、この時確かにf1T-f2T=2-5-1.5=1となっていることも確認できます。
とりあえずこんな感じでよろしいでしょうか。もし分からないことがあればまた仰ってください。

まぐろのおすし

コメントありがとうございます!
自分でも何か納得できる説明も求め、YouTubeでヨビノリさんの動画を見てみました
そこでは例えば|f1T0-f2T0|=3としたとすると、両辺を3で割り、|f1T0/3-f2T0/3|=1とすることができ、T0/3=Tうねり としてみれば結局必ず1になるとおっしゃっていました
沢木陽識さんの説明ともからめると理解できたように思います!
本当にありがとうございました🙇‍♂️

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