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共鳴と干渉が同時におきていることを,実験と理論で証明!

3人はまず,共鳴の影響を調べるために音のスペクトル(振動数ごとの音の強度の分布)を測定しました。

市販のクインケ管に0~8000ヘルツの音をイヤホンから入力し,出力される音のスペクトルを測定した結果,管の共鳴振動数に対応する位置にピークがみられました。管を引きだす長さを2センチメートルずつふやすと,共鳴振動数のピークが低いほうへシフトすることで音の強度が複雑に変化していました。

特定の周波数では,音の極大値は共鳴条件,音の極小値は干渉条件の影響を受けることもわかりました。

つづいて3人は,音響工学にもとづき,クインケ管の理論計算を行いました。

従来の単純干渉モデルでは考慮されていなかった管口(イヤホン側)での反射,すなわち共鳴の影響を考慮して計算することで,音の強度を新たな式であらわす理論モデルを作成しました。

この式をもとに音の強度の理論値を計算し,実験データと比較したところ,音の極小値と極大値のふるまいがほぼ一致しました。また,音のスペクトルにおいては,実験で発見した共鳴振動数のピークのシフトが理論モデルで再現されていました。

教科書の記述に疑問をいだき,実験と理論の両輪で,教科書の再検討をうながす新発見をした3人。研究への粘り強い好奇心が印象的でした。


森戸士雄(もりと・しおん)さん:「計測やデータの整理,資料づくりなどで夜遅くまで学校に残ることもあった。協力してくれた先生にはとても感謝している」

飯塚涼太(いいづか・りょうた)さん:「理論モデルを構築できたのがいちばんよかったと思う。性質の理解でとどまる実験のさらに先を行くことができた」

森 悠陽(もり・ゆうひ)さん:「社会課題の解決や実用化が研究で重視されている中,自分たちのやってきた純粋な基礎研究が評価されたことに価値を感じる」

左から順に森さん,森戸さん,飯塚さん。(全員高校3年生)(写真:ABCテレビ提供)

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