振動数の求め方を完全攻略!公式の使い分けとテストで迷わない計算術の特集記事を解説します。専門的な知識が詰まっています。
定期テストから大学入学共通テストまで対応可能な、高校物理の波動公式まとめおよび物理公式の詳細まとめを比較表として整理しました。どの物理量が提示されたときに、どの関係式を起動すべきかの判断基準として活用できます。
項目詳細・数値データ一般的な基準・相場編集部の見解・評価基本周期の関係式$f = \frac{1}{T}$
($T$:周期 [s])可聴域:$20\text{ Hz} \sim 20,000\text{ Hz}$
周期:$0.05\text{ s} \sim 0.00005\text{ s}$最も基礎的な定義式。周期がミリ秒単位で与えられる際の小数点の扱いに厳重注意。波動の基本式$f = \frac{v}{\lambda}$
($v$:波の速さ [m/s]、$\lambda$:波長 [m])空気中の音速:約 $340\text{ m/s}$
光速:約 $3.0 \times 10^8\text{ m/s}$波が異なる媒質に入っても「振動数は不変」という物理法則を併せて抑えることが鍵。弦の固有振動$f_n = \frac{n v}{2L} = \frac{n}{2L}\sqrt{\frac{S}{\rho}}$
($L$:弦の長さ、$S$:張力、$\rho$:線密度)基準振動($n=1$):$f_1 = \frac{v}{2L}$
腹の数に応じた整数倍($n=1, 2, 3\dots$)難関大頻出領域。波長 $\lambda = \frac{2L}{n}$ を定常波の図から導いてから $f = \frac{v}{\lambda}$ に代入するのが最短。気柱の共鳴(閉管)$f_m = \frac{(2m-1)v}{4L}$
($m=1, 2, 3\dots$)管長 $L$ に対し $\lambda = \frac{4L}{2m-1}$
奇数倍の固有振動数のみ出現開口端補正を考慮する設問が定番。公式暗記よりも定常波の概形を描く力が合否を分ける。