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『高校生のための物理学』4.3.2.光のスペクトル

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光のスペクトルを観測することで,流星や星間ガスの成分が分かります.また,遠方の銀河が地球から遠ざかっていることも,光のスペクトルが赤色の方へずれる現象(赤方偏移)から明らかになりました.スペクトルの観測は,製造業などにも広く応用されています.HORIBAコアテクノロジー「様々なシーンで役立つ分光技術」を参考にしてください. 光に関するが,キャノンサイエンスラボ・キッズ「光のなぞ」にまとめられています.ぜひ,参考にしてください. 詳細は「『高校生のための物理学』4.3.2.光のスペクトル」を参照してください.

『高校生のための物理学』4.3.1.光波

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光は電磁波の1つです.可視光しか見ることのできなかった人類が,20世紀以降は様々な波長の光で自然を観察することで,科学は飛躍的に発展しました. 詳細は「『高校生のための物理学』4.3.1.光波」を参照してください.

『高校生のための物理学』4.2.7.ドップラー効果

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ドップラー効果は,波源の運動により波長が変化することと,観測者の運動により観測する振動数が変化することを分けて考えるようにしましょう.また,波源と観測者の相対的な運動により振動数の変化が観測されるので,波源と観測者が同じ速度で運動するような場合はドップラー効果は起こりません. 詳細は「『高校生のための物理学』4.2.7.ドップラー効果」を参照してください.

『高校生のための物理学』4.2.6.気柱の共鳴

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開口端が腹,閉口端が節という境界条件に則って作図が出来るようになれば,気柱の共鳴の理解が深まります. また,縦波の復習をしておきましょう.気柱内部にできる定在波の,どの点の密度の変化が大きいのか,こちらも図を見て考えられるようにしておきましょう. 詳細は「『高校生のための物理学』4.2.6.気柱の共鳴」を参照してください.

『高校生のための物理学』4.2.4.弦の振動

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弦を弾いたときにできる波が,弦の両端で固定端反射することで,入射波と反射波が干渉して定在波が生じます.このときにできる定在波は基本振動だけではなく,同時に2倍振動や3倍振動なども混じるので,弦を弾くと基本振動の音が主音として聞こえますが,2倍振動や3倍振動の音が倍音として響きます.したがって,バイオリンなどの音の波形はそれらの波の合成波として表されます.  弦の$\frac{1}{2}$や$\frac{1}{3}$の長さのところを指で軽く押さえて弦を弾くと,2倍振動や3倍振動の音が主音として響きます.このとき響く音は,開放弦の和音になる音であることに注意してください.  詳細は「『高校生のための物理学』4.2.4.弦の振動」を参照してください.

『高校生のための物理学』4.2.3.うなり

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2つの音の振動数が簡単な整数比になるときは,合成波は周期的な波形となります.この2つの音を和音といいます.例えば完全5度といわれるド(260Hz)とソ(390Hz)の振動数の比は2:3です.また,2つの振動数の比が1:2である2つの音は,1オクターブ異なる音です. 詳細は「『高校生のための物理学』4.2.3.うなり」を参照してください.

『高校生のための物理学』4.2.2.固有振動数と共鳴・共振

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ここでは発音体のみ扱いましたが,ばね振り子や単振り子の振動も固有振動です.ばね振り子の固有振動数はは$f=\frac{1}{2\pi}\sqrt{\frac{k}{m}}$,単振り子の固有振動数は$f={2\pi}\sqrt{\frac{g}{l}}$と表されます.このように考えると,物体ごとに固有振動数が決まっていることも理解しやすいと思います. ブランコに乗って周期的に振動を加えると,徐々に振幅が大きくなります.このように共振の例も身近なところに多くあります. 詳細は「『高校生のための物理学』4.2.2.固有振動数と共鳴・共振」を参照してください.

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