気柱の共鳴についてです 管内においての共鳴する条件を知りたいです

教えてください

図の(a)および(b)は、一端を閉じた管 (閉管)の気柱の振動を表し M ている。 (a)および(b)の管の長さは、それぞれl[m]および2ℓ[m]であ (a) る。音の速さはV=340[m/s]、(a) に示した定常波の振動数はf= 680 [Hz] であった。 次の各問に答えなさい。 (1) (a)で生じた定常波の波長を求めなさい。 (2) (a)における管の長さℓ [m] を求めなさい。 (3) (b)に示した定常波の波長を求めなさい。 (小数点第2位まで答えなさい) (4) (b)に示した定常波の振動数を求めなさい。 ( (3) の分数を代入して割り切ること) (5) (b) の振動数は (a) の振動数の何倍かを求めなさい。 (b) 2ℓ

画像の問題の答えを教えてください！！

底面積がS[m²), 高さがL(m)の中空の円柱容器に物質を入れて水に浮かべ、浮力の 実験を行った。 以下, 円柱容器に入れた物質も含めて円柱とよぶ。 円柱の運動は鉛直方 向に限られるものとする。 水の密度は深さによらず一定で、円柱の運動にともなう水か らの抵抗, 水面の変化および円柱容器自身の質量は無視する。 ここで水の密度を Po [kg/m3], 重力加速度の大きさをg[m/s2] として次の問いに答えよ。 水面 d Po 図 1 S Po 図2 Po P1 図3 (1) 円柱の下部に密度が1〔kg/m²(ただし, Pipo) の物質を高さ L [m] だけ入れて 水に浮かべると、 図1のように長さ d [m] だけ水面上に出て静止した。 このとき円柱 が受ける重力の大きさはア [N] である。 水中の物体は,その物体が押しのけた体 積の水が受ける重力の大きさに等しい浮力を鉛直上向きに受けるので、円柱が受ける 浮力の大きさはイ [N] となる。 イに入る適切な文字式を下の解答群の中から1つ選べ。 ③SLg ア ア :posLg ②poLig イ :D PSLg ② pSL-dg 3 PS(L-L₁)g PiSL₁g ④ poS(L-L-dg+pSLng (2) (1)における長さ d [m] を求めよ。 (3) 円柱が静止した状態で、 図2に示すように上から力を加え, 長さ x[m] だけ沈め た。 ただし, xはdに比べて十分小さいとする。 このとき円柱が受ける重力と浮力の 力の大きさ F [N] を求めよ。 (4) 円柱の残りの空間を密度が2〔kg/m3] (ただし, P1 P2) の物質で完全に満たして水 に入れた。 このとき, 図3のように円柱の上面が水面とちょうど同じ位置になって静 止したとする。 物質の密度 P2 [kg/m3] を求めよ。

私は①692Hz②519Hzだと思ったのですが、 ①519Hz③692Hzらしいです。なぜですか？

知識 谷の方 388. 気柱の共鳴 長さ1.00m の透明で細長い管の左端に膜を張り,この膜を外部から 電流によって微小に振動させ,管の中に任意の振動数の音波を発生できるようにした。 管は水平に置かれ,内部には細かなコルクの粉が少量まかれており,空気の振動のよう すが見えるようになっている。管の右端をふたで閉じて,音波の振動数をゆっくりと 400Hz から 700 Hz まで変化させたとき,519Hz と692Hzで共鳴がおこり,空気の振動 の腹と節が,コルクの粉の分布ではっきりと観察された。また,ほかの振動数では共鳴 はおこっていない。 次の各問に答えよ。

問2の（イ）解答にある「4/3波長分」の意味がわかりません。

73. 気柱の共鳴 5分 気柱の共鳴と音の速さについて考える。 問1 次の文章中の空欄アに入れる式として正しいものを 下の①~⑥のうちから1つ選べ。 気柱の長さ スピーカー ピストン 実験室内に,図のような一端がピストンで閉じられ、気柱の長 さが自由に変えられる管がある。 管の開口部でスピーカーから振 動数fの音を出し,ピストンを開口端から徐々に動かして,最初に共鳴が起こるときの長さを測定す であった。 さらにピストンを動かし,次に共鳴する長さを測定したところL』であった。これ より音の速さはアと求められる。 ただし, 開口端補正は無視できるものとする。 ① fL2 ② 2fL2 ③f(L2-L ④ 2f (L-Li) ⑤f(L₂-L) ⑥f(L₂-L₁) L₁ L2 Li L2 問2 次の文章中の空欄イウに入れる語句として最も適当なものを, それぞれの直後の { }で囲んだ選択肢のうちから1つずつ選べ。 (02.0- OS) Snia O.E 気柱の長さをL に保ったまま, 共鳴が起こらなくなるまで実験室の気温を徐々に下げた。 共鳴が 起こらなくなったのは, 管内の空気の温度が下がったため, 0 0 03.0mol ① 音の波長が長くなった 401 管内のイ ② 音の波長が短くなった 0 ③音の振動数が大きくなった からである。 ① ④ 音の振動数が小さくなった ⑤ 音が縦波から横波になった このあと, ピストンの位置を左に動かしていったところ、 管の開口端に達するまでに ① 1回 E ②2回 共鳴はウ 起こった。 ③ 3 回 ④ 0 回 10. [2021 追試〕

円柱のつてに重りを乗せてえんちゅうが上面の液面と一致するようにしたい必要な重りの質量を求めよ。 答えがρS(Lーh)になるのです何故ρが出てくるのか教えて欲しいです

(①)の最大 (3))の (日) 各6点 (2) 各7点) 体を動きださせ りだした物体 ある。これは動 p(kg/m)]の液体に、断面積S〔m,高さ 〔m) の円柱が浮かんでいて、 液面下の長さは ためである。 摩擦力 〔m〕 である。 重力加速度の大きさを(m/s〕 として,次の問いに答えよ。 大きい (各4点) ている。 静 10である。 て、次の間 (1) 円柱が受けている浮力の大きさを求めよ。 (2) 円柱の密度を求めよ。 (3) 円柱の上におもりを載せて, 円柱の上面が液 面と一致するようにしたい。 必要なおもりの 質量を求めよ。

物理重要問題集2024 大問71番の（3）なのですが、シャルルの法則は、初期状態と状態2で一定ではないのですか。

必解 71. 〈気体の状態変化と熱効率〉 熱機関を利用して上昇, 下降するエレベータの 熱効率を求めよう。 図1のように大気中で鉛直に 立てられている底面積S〔m²〕 の円柱形のシリン ダーに質量 Mo〔kg〕のなめらかに動くピストンが ついており,中に単原子分子理想気体が封じこめ られている。 図1のようにピストンの可動範囲は ho〔m〕からん 〔m〕 までである。 重力加速度の大き さを g〔m/s2] とする。 物体 M [kg] ピストン Mo〔kg]- h [m] ho[m] 初期状態 単原子分子 理想気体 状態 2 図1 初期状態は,気体の温度が外部の温度と同じ To [K], 気体の圧力』が大気圧と同じPo〔Pa〕, ピストンの高さがん。 〔m〕である。まず、ピ ストンの上に質量 M[kg] の物体を乗せ、シリンダー内の気体に熱を与える。 しばらく静止 し続けた後, ピストンが動きだした。 この動きだしたときの状態を状態1とよぶ。 さらに熱し続けるとゆっくりとピストンは上昇し,高さがん 〔m〕 に達した。 このときの状 態を状態2とよぶ。状態2になった瞬間に物体をピストンから降ろすとともに熱を与えるの をやめた。ピストンはしばらく静止し続けたが,やがてゆっくりと下降し,高さがん [m] となったところで静止した。 さらに時間がたつとシリンダー内の気体の温度がT [K] にな ったところで初期状態にもどり、この熱機関はサイクルをなす。 (1)状態1のシリンダー内の気体の温度を求めよ。 [Pa] (2) 初期状態から状態までに気体に与えられた熱量を求めよ。 (3)状態2のシリンダー内の気体の温度を求めよ。 (4) 状態1から状態2までに気体に与えられた熱量を求めよ。 (5) 気体の体積をVとするとき,このサイクルのV図を図2にかけ。 (6) このサイクルで熱機関が外にした仕事を求めよ。 (7) このサイクルの熱効率を求めよ。 0 V[m³] 図2 (8)M=2Mo, Mo= PoS =2h の場合の熱効率の値を求めよ。 [12 弘前大〕

（3）2枚目が解説の一部で、ABCDEFの距離が、Aか F’までの直線距離と等しいということを表しています。 なぜ等しくなるのかが分かりません。 この図でBC＝BC’となるにはn 1とn 2のガラスの厚さが等しくないといけないと思うのですが、問題文のどこからその情報が分かり... 続きを読む

Step 3 解答編 p.97~98 L- 170 光の屈折 右図のように, 空気中から単色 の可視光線をガラス棒に入射させることを考える。 このガラス棒は,屈折率n の円柱状ガラスが, 屈折率n の円筒状ガラスによって中心軸が一致 するように囲まれている。いま, ガラス棒の端面 n2 n n2 の中心に向けて、中心軸となす角が。 (0)の方向へ光線が入射した。 ここで、>n であり、空気の屈折率を1. 真空中の光の速さをとする。また,ガラス棒の長さはL で,端面は中心軸に対して垂直である。 (1)空気中から円柱状ガラスに入射した光線の屈折角を0とするとき, sin0 をn, o を用いて表せ。 (2)この光線が円柱状ガラスと円筒状ガラスとの境界面で全反射した。 このとき, sin Oはある値より小さくなければならない。 その値をnnを用いて表せ。 (3)この光線がガラス棒に入射してから反対の端面に到達するまでにかかる時間を求め よ。 01 を用いずに表せ。

1番最後の問題が分かりません。図などで分かりやすくしてもらえるとありがたいです！

必修 (BURON TE 基礎問 49 気柱の共鳴 物理基礎 図のように、円の断面をもち太さが一様な管の右からピストンを入れ、ピ ストンを移動させてこの閉管の長さを自由に変えられるようにする。 管の左側に、その開口端に向けて音波を出す音 源を置く。音源から振動数一定の音波を出し, ピストンで閉管の長さを変えると共鳴が起こり 管内に定常波ができる。この定常波の波形を表 さらに, CCC" 音源 管 ピストン すために,管の左の開口端の中心に原点Oをとり,管の中心線を軸に、こ れと垂直に軸をとる。 波形は, 空気の軸の正の向きの変位はy軸の正の 向きに,z軸の負の向きの変位は”軸の負の向きにおき換えて表す。空気中 の音速を 340 〔m/s〕 として,以下の問いに答えよ。ただし,開口端と定常波 の腹とのずれは無視するものとする。 (6)(1) I. 音源から振動数 f〔Hz] の音波を出したとき,管の長さが1〔m〕のとき 共鳴して管内に図のような波形の定常波ができた。ただし,現在より 4.00×10-3 秒前のときの空気の変位の波形は曲線 C” で,現在より、 200×10-3秒前のときの空気の変位の波形は管の中心線と一致する直線 C′で,さらに,現在の空気の変位の波形は曲線Cで表されている。なお, この間に同じ状態が現れることはなかったものとする。 (1) 音波の振動数f [Hz] を求めよ。 (2)管の長さ [m] を求めよ。 の関係式を! (3)現在の時刻で, 管内の空気が最も密になっている場所の開口端からの 距離を l 〔m〕 を用いて表せ。 Ⅱ.次に,音源から別の振動数の音波を出したとき, 閉管の長さをlo [m〕 に すると共鳴した。このときの定常波の節の数はn個であった。 その後,さ らに管の長さを少しずつ長くしていったとき,長さが [m] で次の共 7 Zo 鳴が起きた。 (4) 管の長さが 〔m〕 のとき生じたn個の節がある定常波の波長をnと lo 〔m〕 を用いて表せ。 また,音源の出した音波の波長をLo [m] のみで表せ。 JOP 管の長さが1/3 〔m] のとき生じた定常波の節の数をnを用いて表せ。 (奈良女大 )

重要問題集　物理　71 問題を解く上では必要がないのかもしれませんが、どうしても初期状態でのピストンにかかる力のつり合いが気になります。 自分で立てた式では、 P0S=M0g+P0S となってしまい、M0が0になってしまいます。 そもそも大気圧がかかる面積... 続きを読む

(火) 54 ⑨ 気体分子の運動と状態変化 必解 71. 〈気体の状態変化と熱効率〉 熱機関を利用して上昇, 下降するエレベータの 物体 M [kg] 熱効率を求めよう。 図1のように大気中で鉛直にピストン Mo[kg]- 立てられている底面積 S〔m²〕 の円柱形のシリン ダーに質量 Mo [kg] のなめらかに動くピストンが ついており,中に単原子分子理想気体が封じこめ られている。 図1のようにピストンの可動範囲は ho 〔m〕 からん 〔m〕 までである。 重力加速度の大き さを g[m/s] とする。 初期状態は,気体の温度が外部の温度と同じ h[m] ho〔m〕 初期状態単原子分子 状態 2 理想気体 図 1 To [K], 気体の圧力が大気圧と同じPo [Pa〕, ピストンの高さがん 〔m〕 である。 まずビ ストンの上に質量 M [kg] の物体を乗せ、シリンダー内の気体に熱を与える。 しばらく静止 し続けた後, ピストンが動きだした。 この動きだしたときの状態を状態1とよぶ。 さらに熱し続けるとゆっくりとピストンは上昇し, 高さがん 〔m〕 に達した。 このときの状 態を状態2とよぶ。 状態2になった瞬間に物体をピストンから降ろすとともに熱を与えるの をやめた。ピストンはしばらく静止し続けたが,やがてゆっくりと下降し, 高さがん [m] となったところで静止した。 さらに時間がたつとシリンダー内の気体の温度がT [K] にな ったところで初期状態にもどり,この熱機関はサイクルをなす。 (1)状態1のシリンダー内の気体の温度を求めよ。 (2) 初期状態から状態までに気体に与えられた熱量を求めよ。 [Pa] (3)状態2のシリンダー内の気体の温度を求めよ。 (4)状態1から状態2までに気体に与えられた熱量を求めよ。 (5) 気体の体積をVとするとき,このサイクルのか-V図を図2にかけ。 (6)このサイクルで熱機関が外にした仕事を求めよ。 (7) このサイクルの熱効率を求めよ。 図2 V[m³] (8)M=2Mo, Mo- PoS g h=2h の場合の熱効率の値を求めよ。 [12 弘前大〕 B 応用問題 ◇72. 〈半透膜で仕切られた2種類の気体〉 思考) 図1のようにピストンのついた 2 領域 1