しんぷく(振幅)

一般小学生

まとめ

  • 振動や波動において、振動の中心(平衡位置)から最大変位の地点までの距離のこと。
  • ふり子の運動では、おもり静止している中心位置から、左右どちらかの端まで振れたときの幅を指す。
  • 波動においては波の山(または谷)の高さに相当し、振幅が大きいほどその波が持つエネルギーは大きくなる。

解説

ふり子の運動における振幅は、中心から端までの距離であり、往復の幅の半分であることに注意が必要です。ストロボ写真を用いてふり子の運動を分析すると、中心付近で速さが最大になり、振幅の端(最高点)で速さが0になることがわかります。このとき、位置エネルギー運動エネルギーへと交互に変換されています。

また、ふり子の振幅が極端に大きくない範囲であれば、振幅の大小に関わらず往復にかかる時間(周期)は一定に保たれます。これを「ふり子の等時性」と呼びます。波動の分野では、媒質の最大変位が振幅であり、音波であれば音の大きさに、光波であれば光の強さに関係します。

コラム

振幅と密接に関係する指標に「周期」と「振動数」があります。周期とは1往復にかかる時間であり、振動数とは1秒間に振動する回数のことです。これらは逆数の関係にあり、例えば周期が0.25秒のふり子の場合、振動数は 1 ÷ 0.25 = 4回(4Hz)となります。物理学的な表現では、単振動の式 y = A sin(ωt) における定数 A が振幅に該当します。

小学生のみなさんへ

ふり子がゆれるとき、真ん中の場所から一番はしっこの場所までの「ゆれのはば」のことを、振幅しんぷくといいます。ふり子を大きくゆらすと振幅しんぷくは大きくなり、小さくゆらすと振幅しんぷくは小さくなります。

ふり子には不思議な性質があります。ふり子の長さが同じであれば、振幅しんぷくを少し大きくしても小さくしても、1往復するのにかかる時間はほとんど変わりません。これを「ふり子の等時性とうじせい」と呼びます。理科の実験では、ストロボ写真を使って、ふり子がどこで速くなるかを調べることもあります。ふり子は真ん中を通るときが一番速く、はしっこ(振幅しんぷくの終わり)では一瞬止まります。

ルラスタコラム

音の大きさも「振幅」で決まります。大きな声を出したときは、空気のふるえ(振幅)が大きくなっているんですよ。ギターの弦を強くはじくと大きくゆれるのも、振幅が大きくなって大きな音が出ている証拠です。

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