身近なものを利用した簡単な共鳴実験

１　はじめに　

　気柱の共鳴実験を，印刷機のマスターロール芯を使って簡単にやってみよう。
　学校では一般に，水管気柱共鳴器を使うことが多いが，マスターロール芯を使うことで，容易に気柱の長さを整数倍にでき，また，開管・閉管での共鳴条件の違いも確認することができる。

２　準備

　印刷機のマスターロール芯（４本），のこぎり（マスターロール芯を切るため），音叉（440Hz）
　音の変化を視覚的にとらえたいときは更に，オシロスコープ，増幅器，スピーカー，マイク

３　方法・結果

(1)	すべてのマスターロール芯を19.6cmでカットする（振動数440Hz，22℃における音の波長の1/4）。〈開口端補正：0.6×管の半径＝1.3cmを考慮するならば，18.3cmの長さにカットしたものを２本にする〉

	【閉管での実験】
(2)	マスターロール芯１本（18.3cm）を机に立て，音叉を管口に近づけると，共鳴を起こして大きな音が聞こえる（今回は波形の変化も同時に確認する）。（動画１）
(3)	マスターロール芯２本（18.3cm＋19.6cm）をつないで机に立て，音叉を管口に近づけても，共鳴を起こさない。
(4)	マスターロール芯３本（18.3cm＋19.6cm×２本）をつないで机に立て，音叉を管口に近づけると，共鳴を起こして大きな音が聞こえる。（動画２）


動画１（マスターロール芯１本・閉管）	動画２（マスターロール芯３本・閉管）


	【開管での実験】
(5)	マスターロール芯１本を水平に置き，音叉を管口に近づけても，共鳴を起こさない。（動画３）
(6)	マスターロール芯２本（18.3cm×２本）をつないで水平の置き，音叉を管口に近づけると，共鳴を起こす。（動画４）
(7)	同様の実験を繰り返すと，マスターロール芯３本では共鳴を起こさず，４本のときは共鳴を起こす。


動画３（マスターロール芯１本・開管）	動画４（マスターロール芯２本・開管）

４　原理

(1)	【机に立てた場合・閉管】
	管の机側が閉口端となって固定端反射をし，開口端は自由端反射をする。　それによって，閉口端を節，開口端を腹とする定常波ができる。　したがって，管の長さが４分の１波長の奇数倍のときに共鳴を起こす。（下図参照）



(2)	【水平に置いた場合・開管】
	どちら側も開口端となって自由端反射をする。　それによって，両方の開口端を腹とする定常波ができる。　したがって，管の長さが４分の１波長の偶数倍のときに共鳴を起こす。（下図参照）

５　留意点

　マスターロールの芯は硬いので，切る際には十分に気を付ける。カッターなどで切ると，相当の力が必要となり，危険である。

６　参考資料
　　
　『わかる！なるほど理科実験』（杉山剛英，株式会社裳華房）