弦の振動

げんのしんどう

【弦の振動(げんのしんどう)】

定義

弦(ひも)が張られた状態で振動し、その振動が波として伝わる現象。
弦の各点は上下に振動しながら、振動の形(波)が弦に沿って伝わる。

イメージ

弦をピンと張ってはじくと、弦は上下に振動する。
このとき、弦の各部分はその場で上下に動くだけで、弦全体が横に移動するわけではない。

つまり、弦の振動は「その場で上下に動く」と同時に、「その形が横に伝わる」横波である。
ギターの弦や三味線の弦の音は、この振動によって生まれる。

また、両端が固定された弦では、特定の振動の形(定常波)ができ、振動しない点(節)と大きく振動する点(腹)が現れる。

数式

弦を伝わる波の速さは、張力と線密度によって決まる。

\[v = \sqrt{\frac{T}{μ}}\]

\(v\):波の速さ(m/s)
\(T\):弦の張力(N)
\(μ\):線密度(kg/m)

また、長さLの弦の基本振動(両端固定)の振動数は

\[f = \frac{v}{2L}\]

\(f\):振動数(Hz)
\(L\):弦の長さ(m)

ポイント

  • 弦の振動は横波であり、振動方向は弦に対して垂直になる
  • 波の速さは張力が大きいほど速く、弦が重いほど遅くなる
  • 両端固定では定常波ができ、節と腹の位置が重要になる
分野: