教科書から質問させていただきます.
質問1 熱量=質量*比熱*温度という公式なのですが 比熱とはなんでしょうか? 質量が大きいものは,温度も上げにくいというのはわかりますが,比熱はよくわからないです.
質問2 熱量/(質量*比熱)=温度 この定理とボイルシャルルの法則でいうところの温度と体積の関係が少し不思議です. 質量の大きな気体も小さな気体分子も同じなんて不思議です. なぜこうなるのでしょうか?
質問3 電磁波はなぜ音みたいに混ざりあったりしないのでしょうか? 電磁波でも混ぜ合わせることはできるのでしょうか? 光をスペクトルで見ることができるのが非常に不思議です. このスペクトルは離散的なのでしょうか? それとも,実数的につながっているのでしょうか?
質問4 教科書によれば気体や固体を熱すると色々な光を発するとありました. 固体では幅の広い光が出て,気体では幅の狭い光がでると記述してあります. 同じ原子でも,固体と気体で違いがでるのでしょうか?
質問5 電磁波の縦波はイメージできるのですが横波がイメージできません.
質問6 温度の違うものを混ぜ合わせると,温度が均質になると書いてありますが,何を媒介に温度が伝わるのでしょうか?
質問7 ドップラー効果の周波数を表す式で音速を超えたらマイナスになってしまいますが,これはどう解釈すればよいのでしょうか?
質問8 電池と電球の簡単な図で電気が流れる時,電子は全部向きがそろっているように描かれていますが本当でしょうか? 川の乱流のように変な回り方をする電子はでないのでしょうか?
質問9 教科書には磁力と力積に関する話は載っていませんでした. ちょっと知りたいです.
質問10 光の屈折ですが,教科書では2人の男女が手をつないで海に入る図で説明していました. 別の媒質に入る時光のスピードが変わるので. それはわかるのですが,なぜ図では手をつないでいるのでしょう? 光にも水の粘性のように自分の近傍の光との粘性のようなものでもあるのでしょうか? 光が横波であることが重要なのでしょうか? 全然わかりません. 光はなぜ屈折するとき,近傍の波との距離を保とうとするのでしょうか?
今日は教科書をぱっと見て思いついた質問をほんの少しだけしました. 宜しくお願いします.
>今日は教科書をぱっと見て思いついた質問をほんの少しだけしました.
私も,質問量が多いので,ぱっと見て,判りそうな点について書いて見ようと思います.なお,私は数研社の物理Iを参考にしています.
>質問3 >電磁波はなぜ音みたいに混ざりあったりしないのでしょうか? >電磁波でも混ぜ合わせることはできるのでしょうか?
「光の分散」というこうで,太陽光をプリズムを通すことによって,色々な色に分解出来る事が示されていますね.この分解された光を鏡で反射させてもう一度別のプリズムに入れて一つの光に出来ると思いますが,どうなるでしょうか?おそらくほぼ元の太陽光に戻ると思います.
なお,光も電磁波の一つです.電波もそうですが波長が「km〜mm」の領域であるのに対して,光は「μm〜数百nm」ですね.
>光をスペクトルで見ることができるのが非常に不思議です. >このスペクトルは離散的なのでしょうか? >それとも,実数的につながっているのでしょうか?
草木に水をやる時に,虹が見えますが,まさにスペクトル分解を目の前にしている訳です.太陽光や白熱灯のように高温になった物体から発生する光は「連続スペクトル」です.
他方,高温に加熱された金属や気体は非常に狭い波長の中に集中した光を出す事ができて,(輝)線スペクトルと呼ばれます.これらの物質を連続スペクトル光源の前に置くと,輝線スペクトルに相当する部分を吸収できるので暗線スペクトルとなります.
この線スペクトルは物質の構造に依存するので,物質毎に異なります.
〜〜〜〜 また時間が取れたら,書けるかも知れません.
なお,「理科年表」は疑問が出て来た時に,何度も見るうちに,段々と利用出来るようになるので,お勧めです.
また,「ぱっと見ての疑問」を書き留めておくのは素晴らしい習慣だと思います.でも,あと一歩進めて,教科書での書き留めた疑問を,自らの力で調べたりして煮詰まった段階で質問にするのも有効な勉強法だと思います.
> 比熱とはなんでしょうか? > 質量が大きいものは,温度も上げにくいというのはわかりますが,比熱はよくわからないです.
何故「質量が大きいものは,温度も上げにくいというのはわか」るのでしょうか?
> 質量の大きな気体も小さな気体分子も同じなんて不思議です.なぜこうなるのでしょうか?
矛盾してませんか?
まずは運動エネルギー,エネルギー保存則,熱力学第一法則,エネルギー等分配則を勉強してください.
> 電磁波でも混ぜ合わせることはできるのでしょうか?
っ「太陽光,FM電波」
> 同じ原子でも,固体と気体で違いがでるのでしょうか?
同じ原子からできていても結合状態が違えばエネルギー準位の分布は変わります.
> 電磁波の縦波はイメージできるのですが横波がイメージできません.
音波ならともかく「電磁波」の縦波がイメージできるなんて驚きです.通常の意味で存在しないものをどうやってイメージできるのでしょう.
単に「縦波はイメージできるのですが横波がイメージできません.」なら意味は分かります.弾性波を勉強してください.
> 何を媒介に温度が伝わるのでしょうか?
熱力学と分子運動論を勉強しましょう.
> ドップラー効果の周波数を表す式で音速を超えたらマイナスになってしまいますが,これはどう解釈すればよいのでしょうか?
時間をさかのぼって音を聞いている.あるいは,適用範囲外. 普通は後者.
> 川の乱流のように変な回り方をする電子はでないのでしょうか?
正確には粒子描像自体がつかえません.強いて言うなら,乱流というより,じんわりゆっくり流れる(しみ出る)地下水の方が近い.ですから,教科書もあながち間違いでない.
> 教科書には磁力と力積に関する話は載っていませんでした.
ちょっと知りたいです.
基礎力が付いてからにしてください.
> なぜ図では手をつないでいるのでしょう?
「位相」を視角化するためでしょう.
つまみ食い的に教科書を眺めるのもいいですが,問題も解きながらきちんと系統的な知識と考え方を身につけてください.そうでないと,大学の内容をやろうしても,砂上の楼閣か「トンデモ」になりますよ.
>現状 満足のいく返答の得られた質問3 それ以外は学習中 Andより詳細な返答待ち
>質問3について 光が実数的連続的ということは不思議です. 分解もできるし,合成もできる. 色々な波長の離散的な光が存在するのではなく連続して存在し分解ができる. (?□?)/想像もつきません.
教科書に書いてある電磁波が一本の波線であらわされているなんて嘘なのでしょうか? 一本の波線からプリズムで分光ができる??? プリズムで分光した光を更にプリズムで分光できるということでしょうか?
熱すると放射するのに,冷たいと吸収するとか不思議です.
>質問1と2 矛盾ですか? 質量の大きな気体も小さな気体分子も同じ温度と圧力なら同じ体積になるなんて不思議なのですが,どこか矛盾なのでしょうか?
>質問5 縦波はイメージできるのですが横波がイメージできません. に代えさせて頂きます.
3次元球から空間へ向けて横波がでるってどういうことかしら? 横波は波の進行方向に垂直な振動をとる? この垂直がうまくイメージできません.
質問11 光の反射がなぜ起こるのか教科書に書いてませんでした. ホイヘンスの原理では説明がつかないような気がしてなりません.
質問12 >「位相」を視角化するためでしょう? この位相とはなんでしょうか? 一応位相以前に,ホイヘンスの原理で屈折を証明できると教科書に書いてありましたが,ちょっとイメージしづらくわかりにくいです.
質問13 波の合成波の周期性は,倍振動なら周期的. 逆にいえば,倍振動の比率が分数でなく無理数なら周期的にならない. と理解してよいのでしょうか?
質問14 結局複数の電磁波は自由に足し合わせたり,分解できると考えてよいのでしょうか? 電磁波A+電磁波B=電磁波Cのように単純に足し合わせて光の明るさを足し算できたりすると考えてよいのでしょうか? 例えば同じスペクトラムと強さの電磁波を交差させると交差する場所では波の強さが単純に2倍になったりしますか? それとも波の干渉が起こり強めあったり弱めあったりするのでしょうか?
質問15 光の屈折では,光が奇麗に屈折すると記述があります. なぜプリズムの時のような,分光が起きないのでしょうか?
質問16 別の媒質に入る時の,電磁波の屈折率や速度の変化は,真空中での周波数によって変わるのでしょうか? 周波数によらず一定なのでしょうか?
質問17 私物理の授業なんて中学校の理科以来受けてないのですが,そんな状態でみなさんのお勧めする勉強なんてできるのでしょうか?
> 色々な波長の離散的な光が存在するのではなく連続して存在し分解ができる. (?□?)/想像もつきません.
海の波の波長は,地球の大きさを無限とした極限では,「連続して存在し分解ができる」のですが,想像もつかないのでしょうか?
> 教科書に書いてある電磁波が一本の波線であらわされているなんて嘘なのでしょうか?
そういうのもあります. というか,数学でスペクトル分解は学ばれなかったのですか?
> 質量の大きな気体も小さな気体分子も同じ温度と圧力なら同じ体積になるなんて不思議なのですが,どこか矛盾なのでしょうか?
たしかに,日本語が変ですね._o_
この問題の場合「速度をお忘れです」と答えておきます.
> 私物理の授業なんて中学校の理科以来受けてないのですが,そんな状態でみなさんのお勧めする勉強なんてできるのでしょうか?
単に高校生と同じ立場に立つことに貴方が耐えられるか,というだけでは? 高校生のように地道に勉強していけばどのようなレベルにもあがれますが, そこまでの覚悟をもてますか?
民放のバラエティよろしく,おいしいところだけつまみ食い,でいくつもりなら,やめた方が良いです.
ネガティブなことばかり言うのも何ですから,少し,ほめておきます. 今まで受け取った質問は良い意味で「小学生の質問」です.科学の動機は好奇心ですから,非常に好ましい.高校生くらいになるとこのような好奇心をもてなくなる人が多くなりますが,その点非常に良いです.
ただ,これに系統的・体系的に考え方を学ぶというのもないと,単なる「小学生」になってしまいます.
二つの力があれば強力なのですが.
初歩の初歩その2 投稿エラーが出るのでこちらに移行. 現状満足のいく返答が得られた質問3のみ
質問18 光のスペクトルについて ttp://www.chemistryquestion.jp/situmon/shitumon_senmon_kagaku24_continuous_spectrum.html こちらのページでは,周波数は離散的なのだけど,あまりに色々な周波数がでるので連続のように見えるだけな感じに書いてあるのですがどうでしょうか?
光は実は離散系なのだけど,色々な周波数がぎっしりつまっているだけなのでしょうか?
質問19 結局光のスペクトルとは光の中に,元々色々な周波数が含まれているだけなのでしょうか? それとも,一つの周波数からでも色々な分光ができるのでしょうか? 波A+波B=波C が波Cとしてふるまわず,波Aと波Bとして分光できるということでしょうか? それとも,実数濃度の波なのでしょうか?
質問20 〉数学でスペクトル分解 このスペクトル分解は,どのような意図でどのような手順で光の分析に使用するのでしょうか? 数式変形の手順は見つかりますが,使用方法や使い方が見つかりません.
質問21 物理の教科書に光の偏光フィルターに関する記述がありました. 光の偏光フィルターで特定の横波だけを通すことができるとありました.
すると横波というのは,平面上にあるものなのでしょうか? 光の進行方向をAとし,一つの光の横波をBとするとAとBで張られる平面H上に一つの横波がある. Aを軸に横波の書かれたHを回すと,別の横波がでてくるのでしょうか? それともHを回すと周波数のちがう横波が平面上に含まれるのでしょうか? この光の隣にも,別の光の向きがありそれにも同じような横波があり,その隣にも同じような光がある. ちょっと想像しにくいのですがどのようなものなのでしょうか?
質問22 ホイヘンスの原理は3次元に拡張してもよいのでしょうか? ホイヘンスの原理は縦波横波両方に使えるのでしょうか?
質問23 海の波の波長は,地球の大きさを無限とした極限では,「連続して存在し分解ができる」のですが,想像もつかないのでしょうか?
この返答でわかる初学者がいるのでしょうか. よくわからないです.
質問24 〉〉質量の大きな気体も小さな気体分子も同じ温度と圧力なら同じ体積になるなんて不思議なのですが,どこか矛盾なのでしょうか? 〉速度をお忘れです
もしかして 温度/質量=速度? 同じ温度でも気体分子の速度が違うということでしょうか?,,うぅ初学者なのですいません. 物理1Bを真面目に読むのも人生初なので,よくわかりません.
物理2Bが届いたら,質問の数は2倍になるかと思います.
>質問4 >固体では幅の広い光が出て,気体では幅の狭い光がでると記述してあります.
どこにこの説明がありましたか?
>質問7 >ドップラー効果の周波数を表す式で音速を超えたらマイナスになってしまいますが,これはどう解釈すればよいのでしょうか?
観測者が音速より速い速度で遠ざかっているので,音波が観測者に追従できないのでしょう.
>質問8 >電池と電球の簡単な図で電気が流れる時,電子は全部向きがそろっているように描かれていますが本当でしょうか? >川の乱流のように変な回り方をする電子はでないのでしょうか?
恐らく,金属原子の格子の間を乱雑に散乱や衝突を繰り返しながら多数の電子が進んでいるのだろうと思います.でも,電子からみると格子間隔は結構広いので,そんなにギシギシでは無いと感じます.
結局,多数の電子の全体的な特徴は平均的にならされて,「整然とした流れ」のイメージになるのでは?
No.25227のご質問に関して.
>>質問3について >光が実数的連続的ということは不思議です. >分解もできるし,合成もできる. >色々な波長の離散的な光が存在するのではなく連続して存在し分解ができる.
太陽光や白熱電球での発光は,熱源からの熱エネルギと電磁波(光もふくめて)とのエネルギとの統計的バランスによって決まります.その為に,色々な波長の成分が足し合わされています.従って,これらの光をプリズムに入れると,種々の波長に分離できる(今の段階では,経験的事実)訳です.
#歴史的には,製鉄での炉の温度管理の為に,炉内の分光特性を研究するところから,「黒体放射」の問題と呼ばれて研究がすすみ, #ドイツ人のプランクさんが,量子仮説によって,この問題を解けることを発見しました.
ところが,ナトリウム・ランプからの光は,離散的な波長からなるので,プリズムにいれても連続スペクトルにならず,飛び飛びのスペクトルになります.このような離散的スペクトルをプリズムで分解して,特定の波長の光だけにした光を単色光と呼びます.
>教科書に書いてある電磁波が一本の波線であらわされているなんて嘘なのでしょうか? >一本の波線からプリズムで分光ができる??? >プリズムで分光した光を更にプリズムで分光できるということでしょうか?
恐らく,その説明は「単色光」について説明していると思います.
単色光は,それ以上に分光することはできませんね.
単色光の反対語としては,白色光と言いますね.
> 質問20 >> 数学でスペクトル分解 > このスペクトル分解は,どのような意図でどのような手順で光の分析に使用するのでしょうか? > 数式変形の手順は見つかりますが,使用方法や使い方が見つかりません.
使い方ではなく,考え方です.演算子の固有値には連続スペクトルや離散スペクトルがあるという話は関数解析等できちんと議論していると思うのですが?その辺りをおさえていれば,ここの理解は難しくないと思います.
> 質問23 >> 海の波の波長は,地球の大きさを無限とした極限では,「連続して存在し分解ができる」のですが,想像もつかないのでしょうか? ::
> この返答でわかる初学者がいるのでしょうか. > よくわからないです.
数学の素養があるとおっしゃったので,それに合わせているだけです.
ともかく,光の連続スペクトル・離散スペクトルについては,まず,普通の波から勉強されることを勧めます.余力があれば,双曲型偏微分方程式
のいろいろな境界条件(空間周期 の周期境界条件や の固定境界条件,あるいは の場合など)のもとでの解の数学的性質を調べるのも良いでしょう.これらの数学的性質が理解できるなら,スペクトルの問題もそれなりに理解できると思います.
質問25 そろそろ.スレも長くなってきました. 掲示板を開いた時,最初に一覧表示ででるならもうちょっと気楽に質問がつづけられるのですが,無理でしょうか? 他の方の質問が隠れるようになったのでこのスレを止めた方がよいでしょうか?
〉色々な波長の成分が足し合わされています. 結局,光の横波も足しあわされるのですね.
単色光→白色光があるなら,やっぱりある瞬間ある地点を通る光は離散の集合.
〉関数解析等. 読んだことないです. 読み終わるのに相当時間がかかりそうですね. 数学の授業なんて中学どまり,あとは本だけで勉強してきたので,私つまみ食いなのです. ちょっと時間をください. あの岩波の分厚い数学シリーズは,作者の意図が不明で苦手なのです.
今物理1Bの教科書くらいで,物理2をこれから人生で初めて読む状態なので,電磁波とは何か,まだイメージすらできてない状態です.いきなり高度なことを言われても,イメージすらないのにとりあえず計算だけみろと言われても困っています.
質問26 バネをA,適当なフック付きボールをBとして. ABABAB,,のように適当に連ねていって,AとBを小さくしていった時の数学的極限はゴム紐や弦のことでしょうか? A,Bの質量やバネ定数とか,ばねのねじれとか色々ありそうですが,まあ数学の中だけで考えときます. すると横波と縦波の関係を表す式がとっても仲がよくなりそうですね.
質問27
ニールス・ボーアの話読みました. 一つの原子から複数の波が出るわけですね. それにしても,原子の中は複雑怪奇な世界ですね.
電子,陽子,中性子がお互いの引力と斥力で,太陽系のようにバランスをたもって形を保っているそういったイメージでいいですか?
質問28 教科書のどのページも他のページと,深い関係を持っていますが,200ページの教科書なら単純な組み合わせだけでも200*199の組み合わせを考慮したくなります. こんな分厚いものどうやって読みこなせばよいのでしょうか? 全てがつながって,全てのページが他のページの結論の影響を受けているんですよね?
> 他の方の質問が隠れるようになったのでこのスレを止めた方がよいでしょうか?
今のような質問の大量生産をされるのなら,そうでしょうね.じっくり理解したいのなら,1スレッド1質問にして,質問が満足するまでは,別の質問をしない.という方が答える方も,質問する方も,第3者も楽だと思います.
> 数学の授業なんて中学どまり,あとは本だけで勉強してきたので,私つまみ食いなのです.
了解.それなら,「数学を知らない」とした方が,混乱がなくて良いです.
> バネをA,適当なフック付きボールをBとして. > ABABAB,,のように適当に連ねていって,AとBを小さくしていった時の数学的極限はゴム紐や弦のことでしょうか?
そうです.
> A,Bの質量やバネ定数とか,ばねのねじれとか色々ありそうですが,まあ数学の中だけで考えときます.
まずは簡単な条件から少しづつ難しくしていけばいいのです.
> すると横波と縦波の関係を表す式がとっても仲がよくなりそうですね.
縦波は簡単ですが,横波は結構大変です.数学の準備もして置いた方が良いでしょう.divergence(発散)とかcurl(回転)等のベクトル解析(あるいはテンソル解析)やフーリェ解析を使うので,最低,高校の数学(微分,ベクトル,行列,三角関数や指数関数)はおさえておいてください.
> 電子,陽子,中性子がお互いの引力と斥力で,太陽系のようにバランスをたもって形を保っているそういったイメージでいいですか?
easyにイメージを作らない方が良いです. 古典的ならともかく,現代的なイメージはそれから離れています.量子力学を学ぶ必要があるので,最低でも「波」の完璧な理解が必要です.
> こんな分厚いものどうやって読みこなせばよいのでしょうか? > 全てがつながって,全てのページが他のページの結論の影響を受けているんですよね?
世の高校生の憂鬱と同じです.大局的理解と局所的理解の同時進行でいくしかないでしょう.2年かけるつもりでじっくりと勉強された方が,結果的に早道だと思います.できれば,過去の入試問題を解かれる事を勧めます.演習をして初めて理解できるのですから.手を動かした総量がある臨界点を超えると,とたん,「世界が見えてきます.」
> もしかして > 温度/質量=速度?
おしい.比例定数*温度/質量=速度^2 (正確には速度の2乗の平均値) ここら辺は「熱はエネルギーである」に関係します.
> こんな分厚いものどうやって読みこなせばよいのでしょうか? > 全てがつながって,全てのページが他のページの結論の影響を受けているんですよね?
補足 素直に教科書を最初から順番に理解していけば良いと思います. 疑問点は出るでしょうが,それをノートに書いて置いて,とりあえず進めていった方がよいでしょう. 2冊をきっちりと読了したら,基本的な概念の理解はできると思います.あと,演習問題はいくつか解きながら,勉強した方が良いのはいうまでもありません.
>こんな分厚いものどうやって読みこなせばよいのでしょうか?
我々,老人組にとっては「分厚いもの」ほど読み解くのに時間が掛かり,楽しみも多いと思って,喜ぶ方べきではないでしょうか.あまりにせっせと勉強してしまうと,「SFネタを考える」という主目的が霞んでしまうような気もします.
光の屈折について(質問10と15)
男女が手を繋ぐモデルは知りませんでしたが,おそらく磁界と電界の境界条件を解くものでしょう.入射角,屈折角,反射角の関係を導くものですが,「つまみ食い」には向かないと思われます.屈折の一番簡単な考え方として,媒質によって光の速度が違うこと,光が最短時間経路で進むこと(フェルマーの原理)とで説明する方法があります.
あなたがプールの監視員で,プールの中で溺れている子供が居たとします. あなたはより早く子供の所へ行くために,プールサイドのうち子供に近い場所まで走って,その点からプールの中を泳いで子供の下へ行くでしょう. つまり,経路がプールのフチを境に曲がるわけです.それが屈折です.
あなた / / ――/―――プールのフチ /
/
子供
同じ距離を泳ぐより,走るほうが速いからです. もしも走るのと同じ速度で泳げれば,屈折せず直進します.
あなた / / ――――/―――プールのフチ / / 子供
>光の屈折では,光が奇麗に屈折すると記述があります. >なぜプリズムの時のような,分光が起きないのでしょうか?
分光は光の波長の違いでおきます.波長が違うと光の速度が違うので,屈折率が変わるのです.色々な波長の混ざった光が屈折すれば,必ず分光が起きます.教科書の屈折の説明で分光がでてこないのは,単に単色光(波長が1個だけの光:レーザー光)で説明しているだけです.普通(レーザー光以外)は屈折するときに分光が起きます.
蛇足ですが,あーさんの熱を媒介するものというのは「フォノン」です.
ドップラー効果(質問7) >ドップラー効果の周波数を表す式で音速を超えたらマイナスになってしまいますが,これはどう解釈すればよいのでしょうか? これは式のまま負の周波数と解釈できないでしょうか?逆再生ということです. つまり,音速以上の速さで音源と観測者が離れるとき,過去の音を,新しい音から順に古い音へと追いつきながら聞くといういう事です. 音源と観測者が離れる速度をVとして,V<音速であれば,過去に発された音を聞くことはできません.しかし,V>音速であれば,投げられたボールを追いかけるように伝播した音を追いかけて聞くことができるのです.その際,近くの音(最近発せられた音)を先に聞き,遠くの音(昔発せられた音)を後に聞くために,周波数が負,つまり逆再生に聴こえるのです.このときV>音速なので,音源と観測者がすれ違って以降音源が発した音はいくら時間が経っても観測者には聴こえません.
ありがとうございます. こんな大勢の方からレスをつけてもらえるなんてうれしいです.
ドップラー効果は面白いですね. 音が反対に聞こえるなんて.
実はもっと質問はあるのですが,あまり長くなっては他の質問者に迷惑がかかるので,今回はこの辺で締め切ろうかと思います.
今度質問する時はもっと疑問の量が増えていると思いますので,ツリー式掲示板か連続大量投稿に向いた掲示板での質問になると思います.
toorisugari no Hiroさんここまでありがとうございます. ぶどうさんシンプルな考え方はわかりやすいです. mNejiさんもお付き合い頂きありがとうございました.
ぶどうさん,見過ごしましたが面白い解釈ですね.
>これは式のまま負の周波数と解釈できないでしょうか?逆再生ということです.
確かに時間を逆向きにして聴ける可能性があるかとおもいます.
でも,この場合には,受信体が音速を超えて進行しているので,衝撃波の先頭部分が「発音体が出していた音波」を破壊しながら進んでいます.従って,やはり「逆再生」は不可能ではないでしょうか.
#ただし,普通に音を聞くという以外の方法を考えれば状況は変わります.ここら辺の盲点を突けば,SFネタとしては有効かも知れませんね.