音の干渉？

質問

最近高校で物理の実験がありまして疑問に思ったことがありましたので質問させてください。

最近やった実験というのは、干渉管の中に音波を入れて、可変管の長さを変えて振幅の極小値と極大値の時の可変管の長さをはかりその差から音波の速度を求めるものでした。

疑問というのは、周波数の高い音波では可変管を動かしたときに何度か極大、極小、極大、極小と変化したのですが「極大－極小の値」と「極小－極大の値」が違う値なのです。先生はその２つの平均から出すように指示していましたが、なぜ違う値になってしまうのか分かりません。いろいろ文献で調べましたが分からなかったので知ってる方教えてください。
よろしくお願いします。

分かりにくい文章で申し訳ありません。

回答No.1

unos1201 · ベストアンサー

高校の物理の先生の免許だけは持っています。

開放端と閉鎖した状態で話が異なると思います。

開放端で、２つの筒をずらして長さを変えていく条件の実験であれば、素材にもよるのですが接触抵抗で筒の内部の温度が微妙にずれることも考え無くてはいけません。２から３分聞いていると２ミリや３ミリずれてきます。暖かければ速く伝わり、冷たければゆっくり伝わるので変わるのです。また、複数の周波数で高い周波数ほど短い周期で変わるので誤差も大きくなりがちです。しかし、長い距離を複数箇所測って平均すると誤差が少なくできます。

誤差を最小限にしたければ、温度が安定するのを待つ、オシロスコープなどで実測し、もっとも大きいことや小さいことを数値で確認する、などをすると開放端や入り口付近以外では安定します。

では，閉鎖している場合はというと、閉鎖側の端を水面にすると水の温度が気温とことなると、水で濡れたり水蒸気の状況で管のなかの温度が不安定になります。そこで誤差ではない実際の周期が変わってきます。また、筒をずらす場合でも開放端とは違い、まともに空気が奥のほうでは流れないため、摩擦熱や放熱の度合いで内部温度に変化が出ます。５度も変わると３００分の５くらいは変わるのです。精密な実験をするにはそのときの気温、気圧、天気、その実験装置の内部温度等も考慮するとほんとの誤差も少なくなり、より再現性の高い実験ができます。

お礼

ご回答いただきありがとうございました。
また、お礼が遅れて申し訳ありませんでした。

あの後もいろいろ調べてみましたが、実験に使った装置はキンケの干渉管と言われる物らしく、たぶん開放端だと思います。　　

自分でも考えましたが、ご指摘の通り、内部の空気の温度などが影響を及ぼしているのだと思いました。

本当にありがとうございました。