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生活の中の物理学 (2015) Physics in Everyday Phenomena 第10回 2015/11/30 第5章 波（音，光） 真貝 寿明 Hisaaki Shinkai http://www.oit.ac.jp/is/ shinkai/mukogawa 探査機「はやぶさ２」１２月３日にスウィングバイ Swing-by of HAYABUSA2 December 3, 2015 at Earth 小惑星1999 JU3（「Ryugu」）へ向けて航 行中の小惑星探査機「はやぶさ２」は，打ち上 げからちょうど１年になる１２月３日に地球 に最接近してスウィングバイを行う，とJAXA が発表した．Ryuguには水を含む岩石がある と期待されており，はやぶさ２は岩石を地球に 持ち帰ることを計画している． 地球に最も近づく時刻は19時7分ごろ（日本標準時）で，そのときの高度は約3100km， 場所は太平洋上空．このスイングバイによって，太陽に対する「はやぶさ２」の速度は， 約30.3km/sから約31.9km/sに増速する．最接近時の地球に対する速度は，約10.3km/s． http://www.hayabusa2.jaxa.jp/topics/20151014/ http://www.hayabusa2.jaxa.jp/topics/20151101/ 探査機「はやぶさ２」１２月３日にスウィングバイ Swing-by of HAYABUSA2 2015年12月３日 18:00 December 3, 2015 at Earth 18:50 18:40 18:55 2015 19:00 アンケート ミニッツペーパーへ それぞれについて，科学的に正しいと思う／思わない を答えてください． ① 血液型性格診断 「Aは几帳面，Bはマイペース，Oはおおざっぱ，ABは天才肌」 ② マイナスイオンは体によい 「マイナスイオン・ドライアーで髪がさらさら」 ③ 携帯の電波は心臓ペースメーカーに危害を加える 「混雑時あるいは優先席付近では携帯電話の電源をお切りください」 ④ ゲーム脳 「ゲームばかりしていると馬鹿になる」 ⑤ UFOに乗っているのは宇宙人である ⑥ 水に優しい言葉をかけて凍らせるときれいな結晶ができる 『水からの伝言』 ⑦ EM菌 有用微生物群（Effective Microorganisms、EM） 「人にも環境にもやさしい微生物たちの共生体で，豊かな生態系を生む」 疑似科学アンケート結果 2015年11月25日 ２クラス 101名回答 科学的に 正しいと思う 正しくない と思う 81 19.80% 80.20% 67 34 66.34% 33.66% 携帯の電波 69 32 68.32% 31.68% ゲーム脳 16 85 15.84% 84.16% UFOは宇宙人 45 55 44.55% 54.46% 水からの伝言 32 68 31.68% 67.33% EM菌 63 32 62.38% 31.68% 科学的に 正しいと思う 正しくない と思う 血液型性格診断 20 マイナスイオン わからない 疑似科学アンケート結果 疑似科学アンケート結果 シャープ「プラズマクラスター」掃除機に不当表示，消費者庁が措置命令 シャープが販売している掃除機のカタログに、「プラズマクラスター」によるダニのふん・ 死がいの分解除去が室内全体に効果があるように表記されていたが、 実際にはこうした性 能はなかったとして、消費者庁は景品表示法違反（優良誤認）で同社に措置命令。 2012年11月28日 消費者庁 http://www.caa.go.jp/representation/pdf/121128premiums_1.pdf ITメディアニュース http://www.itmedia.co.jp/news/articles/1211/28/news123.html 疑似科学アンケート結果 疑似科学アンケート結果 疑似科学アンケート結果 うちの弟はゲームばかりしているけど賢いです 馬鹿になるのではなく，キレやすくなる 人を殺すことに抵抗がなくなるのが怖い 疑似科学アンケート結果 Unidentified Flying Object （未確認飛行物体） 「なぜあなたはそれがUFOだとわかったのですか？」 「だって，機体にUFOと書いてあったんだもの」 疑似科学アンケート結果 「水からの伝言」 「水に『ありがとう』などの『よい言葉』を見せると、きれいな結晶ができて、 『ばかやろう』などの『わるい言葉』を見せると、きたない結晶ができる」 信じないでください 科学的根拠はまったくありません 興味のある人は， http://www.gakushuin.ac.jp/ 881791/fs/ 学習院大 田崎晴明氏のページ をよく読んでください． 疑似科学アンケート結果 アンケート ミニッツペーパーへ それぞれについて，科学的に正しいと思う／思わない を答えてください． ① 血液型性格診断 「Aは几帳面，Bはマイペース，Oはおおざっぱ，ABは天才肌」 ② マイナスイオンは体によい 「マイナスイオン・ドライアーで髪がさらさら」 ③ 携帯の電波は心臓ペースメーカーに危害を加える 「混雑時あるいは優先席付近では携帯電話の電源をお切りください」 ④ ゲーム脳 「ゲームばかりしていると馬鹿になる」 ⑤ UFOに乗っているのは宇宙人である ⑥ 水に優しい言葉をかけて凍らせるときれいな結晶ができる 『水からの伝言』 ⑦ EM菌 有用微生物群（Effective Microorganisms、EM） 「人にも環境にもやさしい微生物たちの共生体で，豊かな生態系を生む」 レポート課題「科学と疑似科学」 「疑似科学にだまされないためにはどうしたらよいか」をテー マにして，レポートを提出してください． １． 疑似科学（あるいはニセ科学・トンデモ科学）に ついて調べ，印象に残った1-2の事例について説明せよ. ２．そして，疑似科学に騙されないためには，どのような 注意をしたらよいか，考察せよ． プリントにつけた雑誌記事を読み，さらに，きちんとした 本や記事をもとにレポートすること． 第5章 波 水・音・光 5.1 波の特徴 振幅・波長・周期・振動数（周波数）・速さ 重ね合わせの原理・干渉・うなり・共振 ホイヘンスの原理・反射・屈折・回折 5.2 音 音の3要素（音の大きさ，高低，音色） 固有振動 ドップラー効果 5. 波 >> 5.1 波の特徴 教科書 p138 「写真を撮る」 「全体図を知る」 「1カ所での動きを見る」 重ね合わせ （superposition） 教科書 p143 山＋山＝強め合う 山＋谷＝弱め合う 干渉 (interference) 教科書 p143 5. 波 >> 5.1 波の特徴 教科書 p146 ホイヘンスの原理 屈折 と 回折 教科書 p146 5. 波 >> 5.1 波の特徴 屈折 (refraction) 教科書 p146 媒質が異なるところへ進むとき，波は屈折する. 波は素元波の合成である （ホイヘンス） 教科書 p147 砂浜に打ち寄せる波は海岸線に平行 図5.18 夜汽車の音が遠くまで届く 教科書 p147 5. 波 >> 5.1 波の特徴 教科書 p148 回折 (diffraction) 障害物の後ろにも，波は回折して進む. 皆生温泉 google map 5. 波 >> 5.2 音 教科書 p149 5.2.1 音の3要素（1）音の大きさ (amplitude) 10 5 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 音の大きさ=振幅 -5 -10 10 5 -5 -10 10 5 -5 -10 http://www.widexjp.co.jp/hearing/various_sounds/ 5. 波 : 5.2 音 教科書 p150 5.2.1 音の3要素（2）音の高低 (pitch) 10 人間が聞く事ができる音は 20Hz から 20,000Hz 人間が聞くことが出来る音より 遅い振動は低周波音 速い振動は超音波 音の高低=振動数 5 0.2 0.3 0.4 0.5 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 -5 -10 10 5 -5 http://www.tajima-d.jp/music/basic/01.html 0.1 -10 5. 波 : 5.2 音 教科書 p150 5.2.1 音の3要素（2）音の高低 (pitch) 数研出版「物理I」 5. 波 >> 5.2 音 5.2.1 音の3要素（2）音の高低 (pitch) 教科書 p150 5. 波 >> 5.2 音 教科書 p150 5.2.1 音の3要素（3）音色 音色=波形 音の波形と音色 ピポパは，2つの音の合成 1.0 0.5 0.002 -0.5 -1.0 0.004 0.006 0.008 0.010 + 1.0 2 0.5 1 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 = 0.002 -0.5 -1 -1.0 -2 0.004 0.006 0.008 0.010 音のスペクトル（周波数分解） 周波数 周波数 時間 人の声 時間 ピアノ アポロ11号，月面へ降り立つ第1声 That's one small step for [a] man, one giant leap for mankind. 1969/7/21 これは一人の人間にとっては小さな一歩だが、 人類にとっては偉大な飛躍である 1930-2012 音階 880Hz 教科書 p151 A G F E D C B 440Hz ト長調 G major A G F E D C 長音階，自然短音階 ヘ長調 F major ハ長調 C major 純正律と平均律(1) 教科書 p151 純正律と平均律(2) 880Hz A G F E D C B 440Hz ト長調 G major A G F E D C ヘ長調 F major ハ長調 C major 教科書 p151 純正律と平均律(3) 平均律 純正律 教科書 p151 基本振動 弦の振動 教科書 p152 管内の空気の振動 和音 教科書 p153 ピポパは，2つの音の合成 1.0 0.5 0.002 -0.5 -1.0 0.004 0.006 0.008 0.010 + 1.0 2 0.5 1 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 = 0.002 -0.5 -1 -1.0 -2 教科書 p154 0.004 0.006 0.008 0.010 駅の発車メロディー 教科書 p154 新宿駅１番線（埼京線） 新宿駅9-10番線（中央線） 新宿駅12-13番線（山手線） 新宿駅11-14番線（総武線) 山手線+総武線 うるさい日本の私 バスや電車の中、駅や観光地、デパート から不用品回収車まで、日本中にいたる ところで“おせっかい放送”が聞こえてく る。「戦う哲学者」が孤軍奮闘、静かな 街を求めて「音漬け社会」に異議を申し 立てた話題の書。 5. 波 : 5.3 光 教科書 p165 電磁波の分類 光の色=波長である（or 振動数である） 紫 藍 青 緑 黄 橙 赤 紫外線 10 赤外線 10 5 0.1 -5 -10 0.2 0.3 0.4 波長[nm] 0.5 400 波長短い 振動数高い エネルギー高い 500 600 5 0.1 700 波長長い 振動数低い エネルギー低い -5 -10 0.2 0.3 0.4 光は横波である 教科書 p173 光は横波である 偏光板で確かめよう 教科書 p173 偏光板と液晶ディスプレイ 液晶分子は90度ねじれて 配列されている． 教科書 p174 電源offだと，光は曲がり，偏光板を 通過して白色になる． 電源onだと，分子がそろい，光が 通過しないので黒色になる． 偏光板万華鏡をつくろう 透明なものから色をつくる? 偏光板シート2枚を保護シートからはがす 偏光板シートを（90度回転させて）重ねるとどうなるか確認 それぞれ紙コップの穴にセロハンテープで貼り付ける プラスチック板にセロハンテープを重ねて貼り， 偏光板シートに挟み込んで見てみよう． https://www.kenis.co.jp/solution/experiment/physics/004_2.html https://www.aist.go.jp/science_town/dream_lab/dream_lab_14/dream_lab_14_03.html 光の回折と干渉 狭いスリットを 通ると回折する スクリーン 2重スリットを 通ると？？ http://www.chem.gunma-ct.ac.jp/H19kokaikoza/textbook/gratings.html 5.3.4 光の干渉 2重スリットで 干渉縞ができる 単スリットでもできる 今日のミニッツペーパー記入項目 1 光の3原色は？ 印刷物の3原色は？ 2 あなたが考える赤と，隣人が考える赤は， 同じ色なのだろうか．これを検証する手段は あるのだろうか． 3 本講義での疑問，質問，リクエスト 次回も工作あり．セロハンテープあれば便利かも