まとめ
- 両端を固定した弦をはじいた際に、反射波の干渉によって発生する定常波（定在波）の現象。
- 弦の長さ、張力、線密度の3つの要素によって、発生する音の高さ（振動数）が決定される。
- 基本振動だけでなく、整数倍の振動数を持つ「固有振動」が重なり合うことで、楽器特有の音色が形成される。
解説
弦をはじくと、両端を「節」とする波が発生し、それが反射して重なり合うことで定常波が生まれます。もっとも単純な波形である基本振動では、弦の長さ $L$ が波長の半分（$\lambda/2$）に相当します。弦を伝わる波の速さを $v$、張力を $S$、線密度を $\rho$ とすると、波の速さは $v = \sqrt{S/\rho}$ で表されます。
このとき、音の高さ（振動数） $f$ は、$f = \frac{1}{2L}\sqrt{ rac{S}{\rho}}$ という式で導かれます。この式から、弦が短いほど、張力が強いほど、そして線密度が小さい（弦が細く軽い）ほど、振動数が大きくなり音が高くなることがわかります。理科の実験では、モノコードなどの器具を用いて、素材・長さ・太さの異なる弦を比較し、これらの物理的条件が音の高低に与える因果関係を確認します。
ギターやバイオリンの糸（弦）をはじくと、ぶるぶるとふるえますね。このふるえを「弦の振動」といいます。このふるえがまわりの空気を動かして、私たちの耳に「音」として届くのです。
音の高さには、弦の状態によって決まるルールがあります。弦を短くしたり、強く引っぱったり、細い弦を使ったりすると、音は高くなります。反対に、弦を長くしたり、ゆるめたり、太い弦を使ったりすると、音は低くなります。
理科の実験では、いろいろな太さや長さの弦をはじいて、音の高さがどう変わるかを調べることがあります。楽器がきれいな音を出すのは、この弦のルールをうまく使っているからなのです。
ギターのネックにある「フレット」という仕切りは、指でおさえる場所を決めるためのものです。指でおさえて弦の長さを変えることで、ドレミの音階を正確に作ることができるようになっています。
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