音の干渉と回折
カンガルー先生経路差が波長の整数倍なら強め合い、半分ずれると弱め合う。波長が長い音ほど裏まで回り込みやすいよ。
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- クインケ管は1つの音を2つの経路に分け、経路差（新しいタブで開きます）によって強め合いと弱め合いを起こす装置。
- 経路差ΔLが波長（新しいタブで開きます）の整数倍なら強め合い、半整数倍なら弱め合う。
- 波長が長い（振動数が低い）音ほど、障害物の裏まで回り込む回折（新しいタブで開きます）が起こりやすい。
詳しく
クインケ管の干渉の条件
スピーカーから出た1つの音をY字に分け、長さの違う2つの管（クインケ管）を通して再び合流させると、2つの経路を通った波が重なり合って干渉する。経路の長さの差を経路差ΔLとすると、ΔLが波長の整数倍（m＝0,1,2,…）のとき2つの波の位相（新しいタブで開きます）がそろって強め合い、ΔLが半波長分だけずれる位置で位相が逆になり弱め合う。
波長λは音の速さ（新しいタブで開きます）v＝340m/sと振動数fからで求められる。例えば振動数850Hzの音では、波長はmになる。この値をΔLの条件に当てはめれば、強め合う位置と弱め合う位置が求まる。
クインケ管の一方は伸び縮みできる可動管になっていて、管を伸ばしてΔLを少しずつ大きくしていくと、音の大きさが強め合いと弱め合いを周期的に繰り返す。
例題：クインケ管で消える音
振動数850Hzの音（音の速さ340m/s）をクインケ管に通す。波長はmなので、経路差ΔLが0のときは強め合って音が大きく聞こえる。可動管を伸ばしてΔLを大きくしていくと、ΔL＝0.20m（半波長）で初めて音が消えた。
さらに可動管を伸ばし、ΔL＝0.40m（1波長）になると再び強め合って音が大きく聞こえる。ΔLを0.20mずつ伸ばすごとに、音が大きい状態と消える状態が交互に並ぶ。
回折と音の屈折
障害物のうしろに音がどれだけ回り込むか（回折）は、音の波長と障害物の大きさの比で決まる。波長が障害物よりずっと長い音は、まっすぐ進む代わりに障害物の裏まで大きく回り込んで届く。
振動数100Hzの低い音は波長がmと長く、ドアや壁の裏にもよく回り込んで聞こえる。振動数850Hzのような高い音は波長が0.40mと短く直進する性質が強いので、同じ壁の裏では低い音より聞こえにくい。
音は空気の温度によって伝わる速さが変わるため、進む方向が曲がる屈折（新しいタブで開きます）も起こる。夜に地表近くの空気が冷えると上空より音が速く伝わる層ができ、音が地面側へ曲がって届きやすくなり、昼間より遠くまで音が届きやすい。
確認問題
確認問題（解答用紙）
スマホやタブレットで読み取ると、この問題をその場で解けます。
https://manazoo.com/science/sound-interference-and-diffraction/?from=print#quiz
振動数850Hzの音をクインケ管に通す。音の速さを340m/sとすると、波長は何mか。
答え：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
正解：0.40
波長（新しいタブで開きます）はλ＝v/f＝340÷850＝0.40m。振動数850Hz・音の速さ340m/sの音をクインケ管に通す。経路差ΔLが0のとき強め合って聞こえる。可動管を伸ばしてΔLを大きくしていくと、初めて音が消えるのはΔLが何mのときか。
答え：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
正解：0.20
波長λ＝340÷850＝0.40m。初めて弱め合うのは半波長の位置なので、ΔL＝0.40÷2＝0.20m。振動数100Hzの低い音（音の速さ340m/s）の波長は何mか。
答え：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
正解：3.4
波長はλ＝v/f＝340÷100＝3.4m。波長の長い低い音と、波長の短い高い音のうち、障害物の裏まで回り込みやすい（回折しやすい）のはどちらか。
- ◯ 波長が短い高い音
- ◯ 回折は音では起こらない
- ◯ 波長が長い低い音
- ◯ どちらも同じ回り込みやすさ
正解：波長が長い低い音
回折（新しいタブで開きます）のしやすさは波長と障害物の大きさの比で決まり、波長が長い音ほど障害物の裏まで大きく回り込んで伝わる。
単元のポイント
- 経路差（新しいタブで開きます） 2つの経路の長さの差ΔL
- 強め合う条件 ΔL＝mλ（m＝0,1,2,…）
- 弱め合う条件 ΔLが半波長ずれる位置
- 回折（新しいタブで開きます） 波長が長いほど障害物の裏へ回り込みやすい