ロープの張力ラボの遊び方
- 実験を選び、カードの張力、線密度、または変化を読もう。
- v = √(F ÷ μ)、F = μ·v²、μ = m ÷ L、t = L ÷ v を使おう。
- 予想を入力してスタートを押そう。パルスはスローモーションで進みます。
- オレンジの点と破線を、青いパルスと右の青い線と比べよう。
ロープを伝わる波の速さを決めるもの
ぴんと張ったロープを振ると、パルスがロープを伝わります。手が決めるのはパルスの形と大きさだけで、進む速さはロープが決めます。張力はロープの各部分をまっすぐに引きもどすので、張力が大きいほど引きもどしが速く、波も速くなります。質量は各部分の反応をにぶくするので、重いロープほど波は遅くなります。この2つから v = √(F ÷ μ) が得られます。張力Fはニュートン、線密度μは1 mあたりのキログラムです。平方根があるので、張力を4倍にしても速さは2倍、ロープを4倍重くしても速さは半分にしかなりません。弦楽器の調弦もこのしくみです。弦を強く張ると波が速くなり音が高くなります。低音の弦は太くて重いので波が遅いのです。同じ法則で、ケーブルや送電線を振動がどれだけ速く伝わるかもわかります。
学習に絞ったモデル
ロープは理想的で、完全にしなやかで、どこでも同じで、摩擦がなく、パルスは形を保ちます。パルスは実際よりずっと高く描いています。おもりが張力を一定に保ちます。時間は表示された倍率だけ実際より遅く進み、各実験は3 sです。時計は実際の時間をミリ秒で示します。パルスの中心が滑車に届くと実験は終わります。2%以内の答えは正解です。