スマホでタコ糸が揺れる!弦がうなる科学実験

ケン博士
 400円で売っているUSBスピーカーでタコ糸を揺らしてみると!驚き!!

タコ糸をスマホで揺らしてみよう!

みなさんは定常波を見たことはありますか?おもちゃのバネをつかって簡単に見ることもできますが、定常波という波は、動きがとまったようにみえて振幅が大きくなる波です。

今回はこの定常波について楽器により近い、ピンっと張ったタコ糸をつかって見る方法についてご紹介します。タコ糸の一方にUSBスピーカーをつけて、そこから音を出します。音を出すということは振動をするということなので、タコ糸の一方が波源となり、タコ糸に波が発生します。すると様々な定常波を観察することができます。まずはこちらの動画を御覧ください。どのような振動数にしたときに、どのような振動パターンができるのか!それがとてもおもしろい実験です。

iPad以外は、格安で作れるのでご自宅でも作ることができますよ!またスマホでも同様のアプリがあるので、代用することができます。

科学のレシピ

用意するもの

使ったのはiPadのAƒG – Audio Function Generatorというデジタル音声を出力するアプリ、USBスピーカー(400円程度)、おもり(10g、20g)、たこ糸、まな板スタンド(100円)です。

スピーカーはこちらを使いましたが、なんと400円くらいで売っています。なんでこれが400円で作れるのか!?驚きです(作りすぎてしまったのでしょうか?)

実験方法

準備

スピーカーのコーンの部分をカッターで切り落とします。カッターとはさみをつかいましょう。配線部はもちろん切り落とさないでください。

コーンを落とすことにより、音が増幅れなくなるので単純に振動のみを使うことができます。そして中心にある振動部に糸をつけます。

タコ糸のもう一方に、まな板スタンドをとおしておもりをぶら下げます。

これで完成。そしてスマホをスピーカーにつなぎましょう。

タコ糸の長さは50cmくらいで始めるといいと思います。

実験開始!

スマホから様々な振動数をいろいろと出して、定常波ができるときの振動数を調べていきます。fGeneratorというアプリをつかうと、0.1Hz間隔での調整もできて便利です。基本振動はなかなか難しいので、4倍振動から作って、そこから逆算していくのがおすすめです。

はじめに10gのおもりをつるして、4倍振動をつくるための振動数を調べてみました。50cmの糸の長さだと、だいたい100Hzで4倍振動ができることがわかります。これをもとに3倍振動、2倍振動、基本振動と探していきます。

基本振動は、振動が実際に起こるまで、少し時間がかかるので注意が必要でした。実際に生徒が行った実験結果は次のようになりました。参考までにどうぞ。

振動数と振動パターンにはどのような関係があるのでしゅうか?グラフにしてみるとまた面白いと思います。ぜひお試しください(^^)。

話は変わりますが、次の表の結果は全て4倍振動にして、おもりのおもさを変えたときの振動数の結果です。生徒の実験結果は次のようになり、張力を大きくする(おもりを変化させる)たびに、振動数が大きくなっているのがわかりますね。

生徒実験では最後にこれらの関係についてグラフでまとめました。速さと張力の関係にも気がつけたようです。

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桑子 研(くわこけん)
 1981年群馬県生まれ。サイエンストレーナーとして全国で実験教室やICT活用講演会を開いている。著書は『大人のための高校物理復習帳』(講談社)、『きめる!物理基礎』(学研)など10冊。