バネ振り子


島津理化器製

弦巻バネを用いて、バネの力(フックの法則)、振動現象、重力場でのポテンシャルエネルギーとバネに蓄えられるポテンシャルエネルギー(または弾性エネルギー)、エネルギー保存則などを全般的に確かめていくことが出来る。

横波と縦波
  1. 横波
    媒質(この場合は巻きバネの各部)が、波の進行方向とほぼ垂直方向に変位する。
  2. 縦波
    媒質が波の進行方向に平行に変位する。

パルス波の重ね合わせの実験

  1. 平線巻きバネの両端を二人で持ち、6m程度まで伸ばす。バネがねじれないように、バネの端に糸を結びつけ、糸を持つ。
  2. 両端から送ったパルスが形を崩さずに互いに通り抜ける。
  3. 両端から送ったパルスが重なり合うとき、2つのパルスの振幅の和の大きさの変位ができることを見る。
  4. 両端から反対方向の変位を持ったパルスを送ると、重なり合う瞬間に変位の打ち消し合いが起きるが、通り抜けると再びもとの振幅で伝わっていくことを見る。
  5. エネルギーの保存を考察してみよう。

波の反射の実験

  1. 固定端の反射
    バネの一端を手などで固定しておく。半波長(山だけ、谷だけの波)を送ると固定端で山が反転して(谷になって)反射してくる。バネを固定している手に感じられる力などをもとに、なぜ反転するのか考えよう。
  2. 自由端の反射
    バネの一端に1〜3m程の糸を結びつけ、糸の他端を固定しておく。糸を結びつけた端はバネの自由端とおおむねみなせる。バネの他端から半波長パルス波を送ると山は反射して山のままで返ってくる。この理由を考えてみよう。
密度の異なる媒質の境界での波の反射と透過
    平線巻きバネは疎な媒質として、丸線巻きバネは密な媒質として利用できる。2つのバネを結びつけて媒質の境界とする。横波のパルスを送る。パルスは一部境界を透過し、一部は反射して返ってくる。

  1. 密→疎
    反射波は自由端の反射と同様に同じ側に山を作って返ってくる。理由を考えよう。
  2. 疎→密
    反射波は固定端の反射と同様に反転して返ってくる。理由を考えよう。


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