スリンキーを使って縦波の定常波

　スリンキー (長いばね) を使って縦波の定常波を作り，波長と振動数を測定して ばねを伝わる縦波の速さを測定してみました。
高校の物理教育では長いゴム管を使って横波の定常波をつくり，同様の測定をする生徒実験がありますが，それの "縦波バージョン" です。

　まず，ダイソーの園芸用品売り場にある長さ180cmポールを使ってスリンキーをぶら下げ，「林田式ウエーブマシン」風のものをつくります。
ばねの一方にタミヤの3速クランクギアボックスセットを使った往復スライダークランクをつないで，1cmくらいのストロークで振動させます。

他端は糸で引っ張って鉄製スタンドに固定しておきます。
　往復スライダークランクのモーターには，可変三端子レギュレータLM317を使った電源をつないで電圧を細かく調整してストロークの周期を変化させ，うまく定常波ができるようにしてやります。

だいたい2～4Hzくらいの周波数で動かしてやるとうまくいきます。
まあ，これを見せるだけでも教育的な意義はありますが，この定常波の波長と振動数を測定してみました。

　定常波の節と節の間の距離が半波長ですから，これを2倍すれば波長は分かります。
振動数は，フォトリフレクタLBR-127HLDを使って下のような回路を作り，往復クランクの腕のそばに置いて測定します。

回路の出力を周波数が測定できるデジタルマルチテスターにつないでやれば，ちゃんと周波数を測定してくれます。

　雑な測定ですが，測定結果を以下に示します。

周波数　f [Hz]	2.16	2.35	2.87	3.40
半波長　λ/2 [cm]	45	42	32	28
波長　λ[m]	0.90	0.84	0.64	0.56
波の伝わる速さ v[m/s]	1.9	2.0	1.8	1.9

ｆλ (= 波の伝わる速さv) が一定値になることは示すことができますね。