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 トップページ電気と磁気の?(はてな)館 > No.11 エネルギーを伝える共振=共鳴現象
電気と磁気の?(はてな)館

エネルギーを伝える共振=共鳴現象

 音波は空気の振動、電波は電磁界の振動、地震波は大地の振動です。あらゆるものは固有振動数をもっていて、外部からの振動周期と合うと共振(共鳴)して振幅が大きく高まります。共振(共鳴)現象はやっかいな問題も引き起こしますが、楽器や機械、電気・電子回路、とりわけ電波を利用する無線機器などできわめて重要な役割をはたしています。

自然界は共振=共鳴現象であふれている
 グラスハープ(glass harp)と呼ばれる楽器があります。といってもガラス製のハープ(竪琴)ではありません。ワイングラスやブランデーグラスのような足つきグラスの縁を指でこすり、摩擦の振動によって“ヒュ〜ン”という連続音を発する楽器らしからぬ楽器です。グラスに入れる水の量を加減することによりドレミファ…の音階をつくれるので、グラスをたくさん並べてメロディや和音を奏でることもできます。グラスに入れる水の量が多いほど、奏でる音は低くなります。グラスの振動だけでなく水の振動も関係しているようです。

グラスハープ

 中国で古くから伝わる“噴水魚洗”も、グラスハープと似た原理のもの。外見は2つの取っ手がついた中華鍋のような銅盆で、水を入れて取っ手を両方の手のひらで素早くこすり続けると、銅鍋はブンブンという音を発して水が振動を始め、やがて水面から水しぶきが噴き上がります。高く噴き上げるコツは、適量の水を入れることと、取っ手をこする手の動き。熟練者となると水しぶきの高さは1m近くにも達するそうです。

噴水魚洗

 重力に反して水が噴き上がるのは、銅盆の中の水の固有振動数と、摩擦による振動周期が一致して共振現象が起き、水の振動が定常波となるからです。定常波というのは波形が変わらない振動のこと。両端が固定されたギターの弦が一定の音を奏でるのも、両端を波の節とする定常波が生まれているからです(実際には整数倍の倍音も含みます)。定常波は波形が一定なので、供給されるエネルギーは振幅の増大に費やされます。噴水魚洗においては、人間の手の摩擦によって供給されるエネルギーが、定常波の振幅の増大をもたらし、水しぶきを噴き上げるのです。
 共振=共鳴というのは、離れた場所にエネルギーを伝達する現象でもあります。たとえば共鳴箱に据えた音叉を鳴らすと、同じ大きさの共鳴箱に据えられた離れた音叉を鳴らします。こうした理科実験にかぎらず、自然界は共振=共鳴現象に満ちあふれています。「心の“琴線”に触れる」深い感動とか、「以心伝心」というのも、ある種の共振=共鳴現象なのかもしれません。

音叉と共鳴箱によるエネルギーの伝播

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