振動と波動
音波の基礎
空気中の音を縦波として観察します。面のプロットは位置による圧力変化を表し、気体層は進行方向に平行に振動します。波長と周波数を変えて を確かめます。
⚠ スピーカーや音叉の実際の音を聞くときは音量を控えめにし、大きな音源に耳を近づけないでください。強い音は聴覚を損ないます。
器具
- 音波の圧力分布を示す3Dキャンバス（ドラッグまたは矢印キーで回転）
- スライダー「Biên độ áp suất」「Bước sóng λ」「Tần số f」
- 「Vận tốc âm v = λf」を表示する読み取り欄
- 波形を停止する「Tạm dừng」/「Chạy tiếp」ボタン
手順
波長と周波数から音速を読む
「Bước sóng λ」と「Tần số f」を任意の値に設定し、読み取り欄の「Vận tốc âm v = … m/s」を見ます。表示値が2つのスライダーの積、すなわち と一致することを確かめます。λ、次に f を変えて毎回 v を読み直します。
振幅と周波数の役割を区別する
「Biên độ áp suất」を上げると面が高くなり（音が大きくなる）ますが、読み値 v は変わりません。次に「Tần số f」だけを変えると、山の進みが速くなり（音が高くなり）、v はモデルの に従います。周波数が音の高さを、圧力振幅が音の強さを決めると結論づけましょう。
視点を回転して縦波を確認する
「Tạm dừng」で図を止め、キャンバスをドラッグ（またはキャンバスを選択して矢印キー）でさまざまな向きから面を見ます。疎密が進行方向に伝わること——空気中の音波の特徴——を確認し、「Chạy tiếp」を押して、λ や f を変える前に新しい v を予想します。
シミュレーション
実験の歴史
ガリレオ・ガリレイの時代から、音の高さが1秒あたりの振動数に関係することが知られていました。彼は『新科学対話』（1638年）でこの関係を記述しています。ニュートンは『プリンキピア』第2巻（1687年）で、媒質の弾性と密度から空気中の音速の式を初めて導きました。
ニュートンは圧縮過程を等温変化と仮定したため、計算値は実測より約15%小さくなりました。1816年、ラプラスは圧縮が断熱過程であることを示し係数γを加え、式を実測値と一致させました。今日でも v = λf の関係は音速を測定し媒質の性質を調べる標準的な方法です。