２０１２年２月１８日の例会の記録の第２ページです

科学部の生徒たちの研究成果を発表してくれました。 　糸電話の糸を伝わる振動は縦波か横波か。 　糸電話の糸をゴムひもに替えると音が聞こえなくなるのはなぜか。 　 　という疑問に迫った優れた研究です。
糸電話の糸として水糸（ナイロン製）を使いました。 　ナイロンの伝播速度を計算してみると、 　　縦波は、約1000ｍ/ｓ 　　横波は、約　50ｍ/ｓ 　糸電話の送信側のスピーカーと受信側のスピーカー（マイクとして利用） の信号を、コンピュータに取り込み、時間の遅れを測定しました。 　結果は約667m/s。（糸の張力2N、長さ3ｍで測定） 　この値から、縦波であるという結論になります。 　念のため、張力を変えて測定しましたが、張力による速度変化は見られませんでした。
さらに、糸に印をうち、音の伝播中の糸を顕微鏡で観測しました。 　すると、糸の方向に平行な向きの振動を確認できました。 　これらのことから、糸電話の糸を伝わる波は　縦波　である　と結論できます。
次に、水糸をゴムひもに換えて同様な実験をすると、信号が感知できません。 　空気を伝わったと思われる信号のみで、ゴムひも中には波は伝わっていないようです。
面白いことに、右のような装置にすると、ちゃんと音が伝わります。
この場合の信号波形を調べてみると、2種類の波が伝わっていると考えられます。 　1つは、速さ20〜60m/s。　張力によって速さが変わるので横波と思われます。 　もうひとつの波（振幅は小さい）は、300m/s。張力によって速さが変わらないので縦波と思われます。 　さらに、音が端で反射してエコーがかかっていることも確認できます。 　まとめると、垂直に振動を加えると、ゴムひもは主に横波で振動を伝える、といえます。

なぜ、このような形をとるとゴムひもは波を伝えるのでしょう。 　 　水糸で同じ形にして調べてみました。 　 　不思議なことに、横波の波形は観測できませんでした。縦波のほうは振幅が小さいながら観測にかかります。 　なぜ水糸だと横波が伝わらないのでしょう。 　金属線なら伝わるのではないか、という意見も出ましたがはっきりしません。 　引き続いての研究報告が楽しみですね。
詳しく調べることで、新たな不思議が出てきました。 　これこそ物理の面白さといえるでしょう。

日経サイエンス2012年2月号に、台所の科学として、電子レンジで光速度を求める話が載っていました。 　電子レンジの使う電磁波の波長を、冷凍ピザの焼ける位置ではかり、レンジの振動数（通常は水の分子が共振する振動数2.45GHｚ）を掛けて光速度を求めるというものです。 　とろけるチーズを、レンジの庫内に敷き詰め、加熱します。 　チーズが融けるのは、電磁波の定常波の腹の位置と考えられるので、融けた位置間隔＝λ/2 として波長λを出します。
	とろけるチーズを平面に敷き詰めます。
レンジに入れて・・・加熱開始。	中はほとんど見えないので何度もあけて確認。
やってみると、融けた点の間隔は7ｃｍ。 　ここから　 　　　C = 0.14×2.45×109 　　　　 ＝3.4×108ｍ/ｓ 　ちょっと大きめですが、桁はあっています。 　レンジの庫内にできているのは立体の定常波で、融けた点の間隔がλ/2　と考えていいのでしょうか。また、金属容器内の光の速度は、真空中と同じと考えていいのでしょうか。 　疑問は次々湧いてきます。解決案は湧いてこない・・・・。
	よく融ける場所が何箇所かできます。間隔は約７ｃｍ

右の写真は何だと思いますか。 　昔（？）加藤さんが購入したもので、ﾄﾞｩｰナッシング　というそうです。ハンドル部分を回すだけで何にもならない？おもちゃだそうです。 　 　しかし、ハンドルの動きは楕円の動きになっていることに気づいて、黒板用の楕円コンパスを作成しました。装置の動きはこのおもちゃと同じです。 　離心率を変えられるようになっており、扁平な楕円から、円まで描けます。
自作楕円コンパスで楕円を描いています。	紐を利用した楕円の作図も説明します。
原理は以下のとおりです。 　点Pが ｙ軸上を、点Qが ｘ軸上を動くとき、(PQ＝一定) 　　PR ： RQ　＝　a　：　ｂ　（内外分) を満たす、直線PQ上の点長の軌跡は、一般に楕円になります。
楕円コンパスを使って描いた楕円の線に沿って、板をくりぬきました。（結構大変・・・・） 　焦点の位置に、電球とアクリル製のねじをつけてあります。側面は、薄板をはりアルミテープで上張りをしてあります。 　片側の焦点の電球を光らせて、色セロファンをつけたカバー（黒のフィルムケース）をかぶせると・・・・ 　側面で反射した光が、アクリルねじに集まり光っています。焦点から出た光が他の焦点に集まることがよくわかります。しかも美しい・・・。 　カバーをはずすと、これまた、趣のある光のオブジェがみられます。これまた美しい・・・・・。
カバーを回すと色の線がいろいろな形になります。	左が豆電球。右は光が集まって輝くねじ。
切り抜いた楕円も無駄にしません。 　側面に沿って薄板を貼り付けて、ボールの運動場（？）を作ります。 　片方の焦点から、スパーボールを打ち出してやります。壁で反射して、他の焦点に向かうことが見てわかります。 　加藤さんは数学の教員です。 　数学の時間に、楕円の性質をこういう教材で説明されていれば今頃・・・・・。 　材料を無駄なく使いきっているてんにも感心しますね。

科教協ニュース1月号に載っていたものです。 　針金の丸い輪に紙を貼って原子モデルとします。ここにおもちゃの銃で、ＢＢ弾をこのモデルに撃ち込みます。ラザフォードの実験のモデル化です。 　紙を水でぬらしておくと、紙にうまく穴が開き、中心部に硬いものを置くと（原子核！）、弾（α線）は当たると跳ね返ります。 　 　実験の狙いはよくわかりますね。 　分布がわかるには、相当数の弾を撃つ必要がありますが・・・

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