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清風学園 数学・物理研究会大阪府学生科学賞 最優秀賞受賞更新日：2007.11.13（火）大阪府教育委員会、読売新聞大阪本社等主催「第51回大阪府学生科学賞」高等学校の部において、数学・物理研究会が最優秀賞を受賞し、11月10日(土)に読売新聞大阪本社で表彰式が行われました。「気柱共鳴装置の製作と定常波の可視化の試み」数学･物理研究会
特定の条件下で，気柱に生じている音波の定常波の状態を可視化する試みは，クントの実験に代表されるように，古くから行われていた。最近では，共鳴管内に細かい発泡スチロール球を入れ，音波の定常波の様子を可視化する方法が，広く知られている。 しかし，発泡スチロール球を用いる方法には，変化が緩慢であることや，球が管の底部のみに分布するため，近くからでないと観察できないなど，幾つかの不都合な点がある。 上記の問題が生じないように，試行錯誤を繰り返しながら観測方法を模索したところ，フォグマシンで発生させた霧を共鳴管内に導入し，図１に示すように，霧の濃淡によって定常波の節や腹の位置を特定する方法を考えた。  図１ ２倍振動時の共鳴管内の霧の様子 「霧で見る気柱の共鳴」動画はこちら （音声が出ますのでご注意ください） 実験では，全長が3760mmで一辺の長さが90mmの１０角柱のアクリル製パイプに，直径300mmの平面スピーカーを取り付けた気柱共鳴装置と，全長が1890mmで一辺の長さが90mmの四角柱のアクリル製パイプに，60mmの平面スピーカーを取り付けた気柱共鳴装置を使用した。 このうち，全長3760mmの大きい方の共鳴装置では，スピーカー部が開口端として振る舞い，全長1890mmの共鳴装置では，スピーカー部が閉端として振る舞うという興味深い結果が得られた。 また，事前の理論的考察によって予測した通り，クントの実験と同様に「振幅が大きい定常波の腹の部分では霧の密度が低く」，「振幅が小さい定常波の節の部分では，霧の密度が高い」という実験結果が期待通りに得られた。 |