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クインケ管実験は本当に音波の『干渉』で説明できるのか

音の性質を調べる実験器具に「クインケ管」があります(上の写真)。U字型の管が二つ組み合わさったもので,イヤホンを使って音を入力すると,その音が二つのU字管の境目で分岐したのちに合流して重なり合い,管から出てきます。

クインケ管の片方の管はトロンボーンのように伸縮するため,管を引きだしていくと経路差が生じます。これによって管から出力される音は小さくなったり大きくなったりします(干渉)。

高校物理の教科書では,クインケ管では干渉のみが生じると仮定し,経路差のみで出力音の大小が決まるとする「単純干渉モデル」が採用されています。

 

教科書にのっている「当たり前」の現象を疑った

群馬県立高崎高等学校物理部の3人は,物理の授業でクインケ管の実験を行った際,管を引きだしていくと音の大きさが複雑に変化することに気づきました。不思議に思った3人は,部活で再度,同様の測定を行いましたが,やはり教科書どおりにはいきませんでした。

クインケ管は管楽器に似ているため,音の共鳴(管の端で反射した多数の音波が重なって音が大きくなる現象)も同時におきているのではないか─このような仮説を立て,3人は今回,クインケ管での共鳴の証拠をさがす研究に取り組みました。

会場でクインケ管を用いて発表を行う,高崎高校物理部の3人(写真:ABCテレビ提供)。

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