PhysicsWaves for iOS

説明

Waves アプリは、進行波、定在波、ビートを扱う 5 つの異なるシミュレーションのコレクションで構成されています。 2 つの異なる進行波シミュレーションがあり、1 つは横波用で、もう 1 つは縦波用です。定在波のシミュレーションも 2 つあります。1 つは横波、もう 1 つは縦波です。

シミュレーション 1 - 横方向の進行波。 2 つの独立した進行波が表示されます。各波の振幅と周波数を個別に調整できます。これは、弦に沿って伝わる波の動きをシミュレートするため、弦に適用される張力や弦の重量を (単位長さあたりの質量を介して) 調整すると、その弦の波にどのような影響があるかを調べることもできます。

シミュレーション 2 - 横定在波。これは、両端が固定されている (つまり、固定されている) 弦の定在波のモデルです。このような弦の例としては、ギターの弦やピアノの弦があります。ボタンを使用して、基本波 (最低周波数) の定在波を表示するか、基本波の 2 番目、3 番目、4 番目、または 5 番目の高調波を表示するかを選択できます。高調波の周波数は、基本波の周波数の整数倍です。定在波は、2 つの同一の進行波の重ね合わせ (合計) であることに注意してください。1 つは右に移動し、もう 1 つは左に移動します。弦は両端が固定されているため、定在波の両端にはノード (ゼロ モーションのポイント) が必要です。

シミュレーション 3 - ビート。ビートの現象は重ね合わせのもう 1 つの例です。この場合、2 つの波はわずかに異なる周波数を持っているため、互いに完全に同相 (結果として生じる波の振幅が大きくなる) から、互いに完全に位相がずれること (結果として生じる波の振幅が大きくなる) へと徐々にドリフトします。小さい振幅) 再び位相に戻ります。波のラウドネスの上昇と下降は、ビートと呼ばれるものです。ビート周波数は、2 つの個々の波の周波数差に等しくなります。

シミュレーション 4 - 縦方向の進行波。これは、音波が空気中をどのように伝播するかをシミュレートしたものです。画面の上部には進行波の横方向の表示が表示され、その下に縦方向の表示が表示されます。縦波はパイプを通過するように示されていますが、パイプは必要ありません。ドットの動きは、ドットの近くにあるすべての空気分子の平均的な動きを表します。どの方向にも空気分子の正味の流れはないことに注意してください。分子は平均して平衡位置の周りを振動し、空気を介して波のエネルギーを伝達します。

シミュレーション 5 - 縦定在波。このシミュレーションは、パイプで発生する可能性のあるさまざまな定在波の一部を示しています。これは、オルガン パイプ、フルートなどの管楽器で発生するもののモデルです。シミュレーション 4 と同様に、画面の上部には、定在波、その下に縦方向の表現が示されています。このシミュレーションでは、パイプの左端は常に開いており、右端を開いたままにするか閉じるかを選択できます。開放端では、空気分子は自由に動き、定在波には分子変位の腹 (平衡からの最大変位点) があります。閉じた端では、分子は自由に動けないため、定在波には分子変位のノードがあります (つまり、分子はそこで動きません)。これにより、パイプの共振条件が異なるため、開いたパイプで定在波を生成する周波数は、パイプの端が閉じているときに定在波を生成する周波数とは異なります。