まるで魔法？スピーカーとタコ糸で「定常波」を操る格安実験レシピ

サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。

見えない「音」の形、見てみたくありませんか？ 理科室にある実験装置は高価なものが多いイメージがあるかもしれませんが、実は身近なアイテムで驚くほど本格的な実験ができるんです。今日は、まるで生き物のように弦が踊りだす「定常波（ていじょうは）」の実験装置をご紹介します。本校のI先生と協力し、100円ショップのアイテムを駆使して、格安かつ高性能な装置を開発しました。学校の先生はもちろん、ご家庭での自由研究にもぴったりです。

科学のレシピ：身近なもので実験装置を作ろう

「物理の実験」といっても、特別な器具は必要ありません。今回用意するのは、以下のアイテムです。総額でもランチ代くらいで収まってしまいます。

準備するもの： 安いスピーカー（後で分解します）　例えばダイソーで３００円で売られていたスピーカーはパワフルでした。3Wの出力があるため、弦をより強く、ダイナミックに揺らすことができます。科学実験も、より良いパーツを見つけてアップデートしていくのが醍醐味ですね。

・タコ糸 ・おもり（釣り用のものでも、5円玉を束ねても代用可） ・まな板立て（100円ショップで購入）

・USB充電器コンセント（100円ショップで購入）

・音源となるスマートフォンやiPad （無料の「トーンジェネレーター」系アプリを入れておきましょう。特定の周波数の音を出せるアプリなら何でも構いません）

これらの道具を組み合わせていきます。スピーカーの震える部分にタコ糸を結び、もう片方をまな板立てにかけ、おもりでピンと張ります。

さあ、スイッチオン！実際に揺らしてみると……

いかがでしょうか。肉眼でもくっきりと、美しい波の形が見えます。これまでの実験装置よりもはるかに見やすい定常波が現れました。これは感動しますよ！

実験のコツと「共振」の不思議

この実験の仕組みはシンプルですが、奥が深いです。 アプリを使ってスピーカーから特定の低い音（低い周波数）から高い音へと変化させていくと、ある特定の高さの音になった瞬間、突然糸が大きく暴れだし、美しい波の形を作ります。これが物理でいう「共振（きょうしん）」現象であり、その時できる動かない波の形が「定常波」です。

実験成功のポイント： いきなり「基本振動（波が1つの状態）」を探すのは難しいです。まずは周波数を調整して、3倍振動や4倍振動（波のコブが3つや4つある状態）を探してみてください。これらは比較的簡単に見つかります。 そこから予想を立てて、周波数を下げていき、2倍振動、そして基本振動へと挑戦するのがコツです。基本振動は、音を出して糸が揺れ始めてから、きれいな形になるまで少し時間がかかることがあるので、じっくり待ってみてくださいね。

プロのひと工夫：静音化の改造テクニック

先日ナリカにいって、弦定常波を観察する実験装置（弦定常波実験セット）を見させていただきました。さすがに手作りとは違って、パワーもありきれいな定常波を観察することができました。

振動装置を立てにすると、振動数が半分になるのも面白いです。おそらくメルデの実験？のようなものがよく観察できました。これをまねして、ぼくが自作をしているダイソーのものも、振動部を上に向けて、定規などをあてれば、もう少しきれいな波が出るのではないかとやってみると、きれいな定常波がでました。

 

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