第17章音
Summaryまとめ
- Sound is a disturbance of matter (a pressure wave) that is transmitted from its source outward. Hearing is the perception of sound.
英語のヒント
音は、発生源から外へ伝わる物質の乱れ(圧力波)である。聴覚は音の知覚である。 - Sound can be modeled in terms of pressure or in terms of displacement of molecules.
英語のヒント
音は、圧力または分子の変位によって表せる。 - The human ear is sensitive to frequencies between 20 Hz and 20 kHz.
英語のヒント
人間の耳は、20 Hzから20 kHzの周波数に反応する。
Conceptual Questions概念に関する問題
Exercises 1–3練習問題 1–3
Exercise 1問題 1
What is the difference between sound and hearing?
英語のヒント
音と聴覚は、どう違うか。
Solution解き方
Sound is a disturbance of matter (a pressure wave) that is transmitted from its source outward. Hearing is the human perception of sound.
英語のヒント
音は、発生源から外へ伝わる物質の乱れ(圧力波)である。聴覚は、人間による音の知覚である。
Exercise 2問題 2
You will learn that light is an electromagnetic wave that can travel through a vacuum. Can sound waves travel through a vacuum?
英語のヒント
光は、真空中を伝わる電磁波だと学ぶことになる。音波は真空中を伝わることができるか。
Exercise 3問題 3
Sound waves can be modeled as a change in pressure. Why is the change in pressure used and not the actual pressure?
英語のヒント
音波は圧力の変化として表せる。実際の圧力そのものではなく、圧力の変化を使うのはなぜか。
Solution解き方
Consider a sound wave moving through air. The pressure of the air is the equilibrium condition, it is the change in pressure that produces the sound wave.
英語のヒント
空気中を伝わる音波を考える。空気の圧力はつり合いの状態のものであり、音波を生じさせるのは、その圧力の変化である。
Problems問題
Exercises 4–18練習問題 4–18
Exercise 4問題 4
Consider a sound wave modeled with the equation
What is the maximum displacement, the wavelength, the frequency, and the speed of the sound wave?
What is the maximum displacement, the wavelength, the frequency, and the speed of the sound wave?
英語のヒント
式で表される音波を考える。最大変位、波長、周波数、速さを求めよ。
Solution解き方
Exercise 5問題 5
Consider a sound wave moving through the air modeled with the equation
What is the shortest time required for an air molecule to move between 3.00 nm and –3.00 nm?
What is the shortest time required for an air molecule to move between 3.00 nm and –3.00 nm?
英語のヒント
式で表され、空気中を進む音波を考える。空気分子が変位3.00 nmから−3.00 nmまで動くのに必要な最短時間はいくらか。
Exercise 6問題 6
Consider a diagnostic ultrasound of frequency 5.00 MHz that is used to examine an irregularity in soft tissue. (a) What is the wavelength in air of such a sound wave if the speed of sound is 343 m/s? (b) If the speed of sound in tissue is 1800 m/s, what is the wavelength of this wave in tissue?
英語のヒント
軟組織の異常を調べるため、周波数5.00 MHzの診断用超音波を使う。(a) 音速が343 m/sなら、この音波の空気中の波長はいくらか。(b) 組織内の音速が1800 m/sなら、組織内の波長はいくらか。
Solution解き方
a. b.
Exercise 7問題 7
A sound wave is modeled as What is the maximum change in pressure, the wavelength, the frequency, and the speed of the sound wave?
英語のヒント
音波をで表す。圧力変化の最大値、波長、周波数、音波の速さはいくらか。
Exercise 8問題 8
A sound wave is modeled with the wave function and the sound wave travels in air at a speed of (a) What is the wave number of the sound wave? (b) What is the value for ?
英語のヒント
音波の波動関数はで、空気中を速さで進む。(a) 波数はいくらか。(b) の値はいくらか。
Solution解き方
a.
b.
b.
Exercise 9問題 9
The displacement of the air molecules in sound wave is modeled with the wave function
. (a) What is the wave speed of the sound wave? (b) What is the maximum speed of the air molecules as they oscillate in simple harmonic motion? (c) What is the magnitude of the maximum acceleration of the air molecules as they oscillate in simple harmonic motion?
. (a) What is the wave speed of the sound wave? (b) What is the maximum speed of the air molecules as they oscillate in simple harmonic motion? (c) What is the magnitude of the maximum acceleration of the air molecules as they oscillate in simple harmonic motion?
英語のヒント
音波中の空気分子の変位を、波動関数で表す。(a) 音波の速さはいくらか。(b) 単振動する空気分子の最大の速さはいくらか。(c) その空気分子の加速度の最大の大きさはいくらか。
Exercise 10問題 10
A speaker is placed at the opening of a long horizontal tube. The speaker oscillates at a frequency f, creating a sound wave that moves down the tube. The wave moves through the tube at a speed of The sound wave is modeled with the wave function At time , an air molecule at is at the maximum displacement of 7.00 nm. At the same time, another molecule at has a displacement of 3.00 nm. What is the frequency at which the speaker is oscillating?
英語のヒント
長い水平な管の開口部にスピーカーを置く。スピーカーが周波数fで振動すると、管内を速さで進む音波が生じる。波動関数をとする。時刻に、位置にある空気分子の変位は、最大値7.00 nmである。同じ時刻に、位置にある別の分子の変位は3.00 nmである。スピーカーの振動の周波数はいくらか。
Solution解き方
Exercise 11問題 11
A 250-Hz tuning fork is struck and begins to vibrate. A sound-level meter is located 34.00 m away. It takes the sound to reach the meter. The maximum displacement of the tuning fork is 1.00 mm. Write a wave function for the sound.
英語のヒント
250 Hzの音叉をたたくと振動し始める。34.00 m離れた場所に騒音計を置いた。音が騒音計へ届くまでかかる。音叉の最大変位は1.00 mmである。音の波動関数を書け。
Exercise 12問題 12
A sound wave produced by an ultrasonic transducer, moving in air, is modeled with the wave equation
The transducer is to be used in nondestructive testing to test for fractures in steel beams. The speed of sound in the steel beam is Find the wave function for the sound wave in the steel beam.
The transducer is to be used in nondestructive testing to test for fractures in steel beams. The speed of sound in the steel beam is Find the wave function for the sound wave in the steel beam.
英語のヒント
超音波振動子が作る空気中の音波を、波動方程式で表す。この振動子を、鋼の梁の亀裂を調べる非破壊検査に使う。鋼の梁の中の音速はである。鋼の梁の中の音波の波動関数を求めよ。
Solution解き方
Exercise 13問題 13
Porpoises emit sound waves that they use for navigation. If the wavelength of the sound wave emitted is 4.5 cm, and the speed of sound in the water is what is the period of the sound?
英語のヒント
ネズミイルカは、進路を知るために音波を発する。発する音波の波長が4.5 cm、水中の音速がのとき、音の周期はいくらか。
Exercise 14問題 14
Bats use sound waves to catch insects. Bats can detect frequencies up to 100 kHz. If the sound waves travel through air at a speed of what is the wavelength of the sound waves?
英語のヒント
コウモリは音波を使って昆虫を捕まえ、100 kHzまでの周波数を聞き取れる。音波が空気中を速さで伝わるとき、この音波の波長はいくらか。
Solution解き方
Exercise 15問題 15
A bat sends of a sound wave 100 kHz and the sound waves travel through air at a speed of (a) If the maximum pressure difference is 1.30 Pa, what is a wave function that would model the sound wave, assuming the wave is sinusoidal? (Assume the phase shift is zero.) (b) What are the period and wavelength of the sound wave?
英語のヒント
コウモリが100 kHzの音波を発し、その音波が空気中を速さで伝わる。(a) 圧力差の最大値が1.30 Paのとき、音波を正弦波と仮定し、それを表す波動関数を求めよ。位相のずれはゼロとする。(b) 音波の周期と波長はいくらか。
Exercise 16問題 16
Consider the graph shown below of a compression wave. Shown are snapshots of the wave function for (blue) and (orange). What are the wavelength, maximum displacement, velocity, and period of the compression wave?
英語のヒント
下図の疎密波を考える。の波動関数を青、の波動関数をオレンジで示す。この疎密波の波長、最大変位、速度、周期はいくらか。
Solution解き方
Exercise 17問題 17
Consider the graph in the preceding problem of a compression wave. Shown are snapshots of the wave function for (blue) and (orange). Given that the displacement of the molecule at time and position is derive a wave function to model the compression wave.
英語のヒント
前の問題の疎密波のグラフを考える。の波動関数を青、の波動関数をオレンジで示す。時刻、位置での分子の変位がであることから、この疎密波を表す波動関数を導け。
Exercise 18問題 18
A guitar string oscillates at a frequency of 100 Hz and produces a sound wave. (a) What do you think the frequency of the sound wave is that the vibrating string produces? (b) If the speed of the sound wave is
what is the wavelength of the sound wave?
what is the wavelength of the sound wave?
英語のヒント
ギターの弦が100 Hzで振動し、音波を作る。(a) この弦が作る音波の周波数は、いくらだと考えられるか。(b) 音波の速さがのとき、波長はいくらか。
Solution解き方
(a) (b)
(a) (b)
hearing
聴覚
perception of sound
英語のヒント
音の知覚。
sound
音
traveling pressure wave that may be periodic; the wave can be modeled as a pressure wave or as an oscillation of molecules
英語のヒント
伝わる圧力波。周期的なこともあり、圧力の波または分子の振動として表せる。
