教科書(物理) 例題3:音の干渉

解法

直感的理解

2つのスピーカーから同じ音が出ているとき、ある場所では山と山が重なって大きく聞こえ、別の場所では山と谷が打ち消しあって静かになります。これが音の干渉です。

(1) 波長 \(\lambda\)

$$\lambda = \frac{V}{f} = \frac{340}{170} = 2.0 \text{ m}$$

(2) 点Pでの干渉条件

経路差を計算します:

$$|S_1P - S_2P| = |5.0 - 4.0| = 1.0 \text{ m}$$

これを波長で割ると:

$$\frac{|S_1P - S_2P|}{\lambda} = \frac{1.0}{2.0} = 0.5 = \frac{1}{2}$$

経路差が \(\lambda/2\) の奇数倍(ここでは \(1\) 倍)なので、弱めあう点です。

数値計算の確認:音速 340 m/s、振動数 850 Hz の音の波長は \(\lambda = 340 / 850 = 0.40\) m/s × s = 40 cm。スピーカー間の距離 2.0 m で経路差が 20 cm なら、半波長の整数倍かどうかで干渉条件が決まります。

答え
(1) \(\lambda = 2.0\) m
(2) 経路差 \(= \lambda/2\) なので弱めあう点
補足:強めあい・弱めあいの一般条件

同位相の2波源からの干渉条件:

$$\text{強め合い:} |d_1 - d_2| = m\lambda \quad (m = 0, 1, 2, \ldots)$$ $$\text{弱め合い:} |d_1 - d_2| = \left(m + \frac{1}{2}\right)\lambda \quad (m = 0, 1, 2, \ldots)$$

スライダーでPの位置を動かし、強め合いと弱め合いが交互に現れることを確認しましょう。

Point

音の干渉では経路差が決め手です。経路差 ÷ 波長が整数なら強め合い、半整数なら弱め合いです。