阪大入試出題ミス
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このたび、本学において、平成29年度大阪大学一般入試(前期日程)等の理科(物理)における
出題及び採点に誤りがあったことが判明いたしました。
そのため、改めて採点及び合格者判定を行い、新たに30名を合格者としました。
(以下略)
www.osaka-u.ac.jp/ja/news/topics/2018/01/06_01
ここにも問題掲載
http://takupath.net/oosaka-uni-mistake-3681 補足 空気の圧力変位はマイク等で観測できるが、運動してる空気(分子)の位置の「変位」とか物理的に観測困難だろ。 >>34
その音波の振幅というのが曲者で、媒質の偏差振幅なのか密度振幅なのかという話。
進行波なら、両者の振幅は比例するので、どっちで判定しても音の大小は同じになる。(位相はずれる)
定常波の場合(マイクが音叉の左にあるとか)、偏差振幅は大きいのに密度振幅は0とかあり得る。 >>37
マイクの膜を動かすのは空気分子の位置じゃないの?
いくら空気密度の振幅が大きくても、膜の位置の空気分子が動かなかったら、
膜も動かないんじゃない? 波の反射は自由端か固定端しかありません。教科書的にはそうなんだが、
そう信じる理由は何だったのかな? 教科書に書いてあったからですかな?
波ですから境界条件があります、だったかな? 境界条件を守るって何の
意味だったかな? >>38
普通の音の測定はマイク等で音圧(密度振幅)の大きさを測定する
音圧の位相を観測したければオシロスコープにつないで観測する。 こんなもんはちょいと実験すれば
出題ミスであることがすぐわかるのに。 >>41
>境界条件を守るって何の意味だったかな?
簡単に言えば波動は媒質境界で連続でなければならないということ、不連続禁止。
入射波+反射波+透過波の重ね合わせになる。 >>42
つまり位相0の地点が音圧は最大になるってことか 「別の大学に入学したことによる下宿費用、浪人した受験生については、予備校の費用などの補償も検討している」らしいが、それだけじゃないぞ。社会に出るのが1年遅れたわけだから定年までの年収が1年減ったわけ。1年分の年収も補償の対象となるはず。 粗密波で考えるって意味が分からなかったが、やっと分かった。
確か二年前のセンター物理の、波の干渉の問題と同じに考えればいいのか。 >>44
元の波の何が変わらないのかな?
1%透過
99%反射
としても透過波は速度も波長も変わるんだよ。物質の境界面で保存されるルール
って何? 境界条件って何? 波の連続性だけなら、反射する波の性質が変わってもいいわけだ。
位相の変わる波を見ていたら、とても連続とは言えないんだけれど、
物体ならエネルギーと運動量が保存するよね。波は? ★★ 暇人の私の考えなんだが1 ★★
波は
f(x,t)=A sin 2π(t/T-x/λ)
まあいくらでもνでもωでもfでもいいんだが、だいたいこんな感じに書ける。
振幅A, 周期T, 波長λの3つを決めれば一応決まる。
v=λ/Tでvは媒体ごとに決まった値だから、残るは2つ。
B 透過波 ← | ← A 入射波
|
| → B 反射波
V2 V1
とすれば、Aのエネルギーの流れ=Bのエネルギーの流れ+Cの...
なはず。この関係でもう一つ決まる。だいたい単振動に近似できる
波のエネルギーは1/2ρω^2・A^2・vだったはず。 ★★ 暇人の私の考えなんだが2 ★★
最後に大事なのがν、ω、T、fなんでもいいが、時間のパラメータは
不変だと言うことだ。vとλはなぜか変わる。連続と微分可能性という
境界条件を利用するときもこの条件は外せない。音を反射させたら
大きくなったが低くなった、ということがあれば成り立たない。あるのか
どうかは知らないが...
それはそれとして、
ρ2V2<ρ1V1なら B>0 自由端?
ρ2V2=ρ1V1なら B>0 反射しない
ρ2V2>ρ1V1なら B<0 固定端?
B<0のことを-sin(x)=sin(x+π)として逆位相と呼ぶ、みたいだ。
正負が変わったというべきか、πだけズレたと言うべきか、それは自由。
電気回路でいうインピーダンスマッチングみたいなもんだなと思う。
エネルギーが境界で詰まって反射している。 ★★ 暇人の私の考えなんだが3 ★★
壁の問題だけ見ていたから前提を知らないが、Bの正負で答えは
変わると思うな、以上。 >>51
誤
ρ2V2=ρ1V1なら B>0 反射しない
↓
正
ρ2V2=ρ1V1なら B=0 反射しない 音波は疎密波で
疎密波の場合、壁の直近は空気が詰まるから固定端でしょ
空気が壁で跳ね返る瞬間のそこの空気の密度を想像したらいい
凄く詰まってるって感覚が湧いてくるよね >>54
疎密は壁面で逆転しないんだから自由端じゃないの >>55
反転しないのが固定端かと
縦波な疎密波の場合は
壁の直近が圧力が高まる 物理の出題者って理学部物理だけじゃなく、工学系の教員の可能性もあるよね 多分、
○ 圧力の波
○ 空気が前後どちらに変位しているかの波
が違うんだよ。圧力の波は当然凸の波を送ったら凸のまま返ってくる。圧力の高い波を
送って低い波が返ることはない。でも空気がどちらに変位しているかの波はこれも当然
前後が変わるんだから、同じ軸で見る限りは反対向きの変位になっているはず。 例えば
圧力の波が p(x, t)= exp(-(x-t)^2)だとして、正規分布の波が
x方向に進行していく。これを微分したexp(-(x-t)^2)・(-2)(x-t)
には前後に谷と山が1つずつある、これが変位の波で変位は衝突で
反転するはずだなぁ。 ややこしく考えすぎてないか?
ニュー速+でも書いたけど、
変位で考えれば
壁は固定端反射(動けないから変位0)で
音叉の右と左から出てくる波は位相差180°(点音源だから左右対称に変位するので符号が逆)。
180°±180°で相殺される。
圧力で考えれば
壁は自由端反射で(変位振幅が0の所が圧力振幅最大で壁もその1つ。)
音叉の右と左から出てくる波は位相差0°(音叉の左右で圧力差はない。)
0°と0°。
どちらで考えても2d=nλ(或いは2d=(n-1)λ)でしょ。
問題A-Uのような気柱の共鳴は音叉の左から出る音波と反射波との定常波の問題だけど、
件の問題A-Vは音叉の「右」から出る音波と反射波が強め合うかどうかの問題。
だから気柱の共鳴とは違う。
2d=(n-1/2)λは気柱の共鳴条件に思考を引っ張られてる。 >>60
妄想癖は阪大の理学部に不適格
底辺大学で好きなだけ妄想すればいい。 >>62
変位で考えた場合、
壁で反射してマイクの方向へ
向かう波と
音叉からマイクの方向へ向かう
波(音叉の右から出てくる波)が
干渉するとすれば、
音叉で位相差180°は考えなくて
いいんじゃね? >>64
ただややこしいだけの問題だと思うのですが…
変位の符号に関して、
右への変位をプラスのようにして考えるか、
波の進む方向の変位をプラスとして考えるか、
によると思います。
音叉において位相差180°を考えなくてもいいのは後者。
(恐らく位置ではなく時間的に考えたのでしょう?)
その場合、壁での反射で向きが変わるのを考慮すると、
波の方向と変位の方向がいっしょに変わるので
反射での位相差が0°になります。
壁で0°音叉で0°になります。
何だか書いてるうちにゲシュタルト崩壊してきて自信ないなぁwwww >>65
その考え方で合っていると思います
自分は電気屋だけど分布定数回路の電流の反射で同じことで悩んだ
電圧・・・音圧
電流・・・粒子速度
と対応させると全く同じ現象になる
壁による反射は粒子速度が0になるから電流0,すなわち終端開放と同じ
この場合多くの本では電流の反射係数を -1 としている(位相反転)
少数の本では反射係数を 1 としている(位相はそのまま)
どこが違うかというと,座標の正方向をあくまで入射波の進行方向に取るか(前者)
反射波の進行方向で取るか(後者)の違いだった >>65
なるほど、よく理解できました
変位の符号に関して
右への変位を
プラスのようにして考える場合は、
音叉から出る左側と右側の波形で
すでに位相差が発生している
ということですね >>66
>>66
>対応させると全く同じ現象になる
その通りだね
波動現象の基本的な物理の理解が出来てるかの問題なわけだ。
理解ができない奴は大学で電磁場や量子力学が理解できないから不合格。
波動の振幅変位や位相、速度がどんな物理量に依存するかは個々の物理現象で変わるだけ。 固定端とか自由端とかの正式な定義は知らんし、知る気もないけど、
音波が疎密波であることを理解してれば
壁での反射で位相変化しないことは容易にわかること。
用語や数式に溺れちゃう人は物理できないよ。現象を見るべし。 音波をわざわざ横波に変換して説明する高校物理が悪いということで 物理で考えているf(x, t)=A sin 2π(t/T-x/λ)
は圧力の波ではなく、空気の変位の波。圧力がマイナスになることはない。
圧力のピークの位置では変位はゼロなんだよ。
つまり、圧力<->変位
<- 積分
->微分
の関係なんだろうね。ただ、変位の波がなくなれば圧力の波もなくなるから
本質は変位の波だろうね。 >>69
コンニャク頭か
オマエの頭とちがって硬い壁の面はへこまないのだよ。
空気の圧力では変位しよがないから常に変位0とみなせる
常に変位0だから音の反射波は打ち消すために逆位相(π)になる。 空気の疎密波は縦波
圧力勾配を取ると横波
境界条件は壁に於いて法線方向の圧力勾配が0 >>76
横波 の定義もしらないデタラメツィッター >>67
ざっつらいと。書いた甲斐がありました。
>>66
オーディオの科学というHPをご存知でしょうか?
スピーカーの物理学の「II 音響インピーダンスと放射インピーダンス」
を読むと音波を変位速度で計算したり、速度ポテンシャルを導入したりしています。
だから粒子速度で捉えるのは筋が良さそうに思えます。
反射係数にそんな罠が…
電磁気で反射係数を扱うときには気を付けることにしますw。
速度ポテンシャルの様なものを使うと
有限要素法等で振動問題が扱えるようになるので便利なのだよ。
(求められるのは定常状態だけだけど、時間経過を追わなくても良い
から計算量をグっと減らせる。) おお、固定端反射か
d/λ=(n/2)
音波だと波長がcmのオーダーで十分大きいからこっちが正解? 阪大が出題ミスを
認めたのはいいことだと思いますが、
ただ今回
1)2d=nλ
2)2d=(n-1)λ
の両方を追加正解とするのは
違和感があります
この問題の正解としては
どちらがベターでしょうか? >>59
そのとおり。高圧を壁にかけたら(理想的には瞬時に)その高い圧が跳ね返り戻る
だから疎密波は同相
でもそれを踏まえて>>58
あの壁を固定端と呼んでいいか
完全反射の壁は固定端か自由端か縦波にとっての硬い壁は >>82
圧力の波と変位の波の関係は>>72の図に示した通り。
圧力の波は同位相で返るが、変位の波はプラスで壁に当たったものがマイナスで
返らないと同じ圧力の波は作れない。だから逆位相。圧力の波が変位で作られて
いるとしたら、変位の波の方が消失すると圧力の波は消えるし変位の波が大きくなれば
圧力の波も大きくなる。
この通りなら、2d/λ=n+1/2なんだろうな。
決着は実験かぁ。www >>83
符号合わせじゃないんだよ
元々、位置の変位を微分して圧力の運動方程式(波動方程式)を作るのな >>84
多分それなんだろな。
変位てのが直感的には分かりにくいなあ
空気の振動を考えるのにバネの反射のが視覚的に分かりやすくて動画サイトに実験画像がアップそれてる >>84
>決着は実験かぁ。www
アホか
・変位の波動で音叉も壁の反射も計算しするか。
・音圧の波動で音叉も壁の反射も計算しするか。
マイクは大きさだけで関係ないからどちらの結果も同じだ。 >>84
変位で考えた場合は
音叉で更に逆位相になるので、
1/2波長ズレは解答として間違い 位相という言葉の定義の問題だろ
壁では固定端反射だから位相はπずれる
それによって作られる定常波を考えればいい
ただ音の大きさはその定常波の節の所で最大となる
ただそれだけの話だよ
疎密波では節で圧力変化が最大になるのをうっかりしただけだろ、阪大は >>89
問題の図のマイクの位置では定常波にはならない
進行波の重ね合わせの問題。 ファインマンのエッセイにこんなのがあったのを思い出した。
ブラジルの大学の物理教科書で
斜面をすべらずに転がり落ちる剛体球の運動の説明を
慣性モーメントを無視して、つまり質点として扱って記述していた。
しかも、実験結果と称して誤差付きのグラフまで載せていた。
阪大の出題ミスの話を聞いてまっさきに思い出しました。
こんな初歩的なところで間違える方がおかしい。 >>91
それにたとえるなら
本件ではつまりどういうことだって? なんか寂しいね。
一昔前だったら問題に気づいた人達も2ちゃんで指摘していたかも知れないのに
今ではスレもあまり盛り上がらないし、議論の主力がツイッターだもんな。 そもそも固定端と自由端ってなんだよ。信仰か? んなもん弦やウェーブマシンを解釈する時しか出て来ねーだろ。
疎密波の界面反射なんだから、その通り解釈しろよ。壁に媒質が衝突した瞬間に疎が密に、密が疎に入れ替わったらおかしいだろ。どんだけの質量が生成消滅すんだよ。 >>87
すぐアホアホ言うのが5ちゃんねるだろ。
んなところで、普通の議論ができるかよwwwww
Twitterでそんなことやったら、アカウントを閉じないとダメだろ。
そりゃまともな議論は無理だろうなwwwww
5ちゃんねるの過去の栄光万歳! >>97
キミは波動の重ね合わせが理解できないから不合格
重ね合わせた状態の波が実際に観測される、「瞬間に疎が密に、密が疎に入れ替わったり」しない。 >>100
気柱の開放端での反射って高校物理ではどうやって説明してるのか、たまに不思議に思う。
開放されてたら音波は出て行く一方じゃん?って問いに答えられる教師はいるのだろうか。
量子力学の波動関数が井戸ポテンシャルで反射するみたいなアナロジーが成り立ちそうな気がするけどちゃんと説明できる自信ないなあ。 一応は阪大がミスを認めた形なのに、まだ問題内容に対してあーだこーだ言われるのは
阪大が最初の解答( 2d = (n - 1/2)λ ) も「正しい」としてしまったせい。
普通に考えたら 「間違い」だよねえ。 難関大のプライドが許さないのかも知れんねえ。 >>103
空気柱内が狭く空気の運動が外部より拘束状態、開放端付近が媒質の不連続面になる。 >>105
>空気柱内が狭く空気の運動が外部より拘束状態
それは空気柱の側面抵抗が効いてるんでしょうか?
>>103
開放端では反射ありの放射だよね
そこの形がミソで普通の筒だと沢山反射する
んで反射を最小化するにはインピーダンス整合を図る必要があってテーパーをつけるの
電波でいうホーンアンテナ
ってことはアマチュア無線やってる中高生でも想像できる 空気柱を物理的に詳しく知りたければググレ、たぶん難しい内容だろな >>107
メガホンを使う理由ぐらい高校生に説明してやれよ。
音響インピーダンスでググれ。 >>109
ああ、メガホンのが身近か
部活動で使うからな 関連スレ
【京大に】東日本から大阪大学への進学【ふられて阪大】
http://rio2016.5ch.net/test/read.cgi/student/1505046410/ 主題歌
俺は泣いてたぜ 風が冷たいぜ
京都女に どんなに俺が 憧れてきたか分かるか?
俺は目指してた 京都住みたくて
でもその夢は 砂のように 消えちゃった 俺の前から
まずいぜホント 俺をふるなんて
うるんだ瞳 京大 京大 京大 京大 サ・ヨ・ナ・ラ
阪大 阪大 Ah ふられて ふられて 狙い目
阪大 阪大 Ah 俺はもう 京大に お手あげ インピーダンス整合... なるほど
圧力・変位(の時間微分)が、電子回路だと電圧・電流 に相当するわけですね まあでもフツー大学から
入試問題の解答公表しないよね
そういう意味では
今回の阪大は良心的 阪大の問題と同様な方法でレーザー光と鏡を使って光速が測定できるか? >>70
縦軸に変位をとったグラフが書いてあるだけど
横波として扱っているわけじゃない >気柱の開放端での反射って高校物理ではどうやって説明してるのか、たまに不思議に思う。
>開放されてたら音波は出て行く一方じゃん?って問いに答えられる教師はいるのだろうか。
うむ。
まずそう思うな。
しかし、音とは空気分子一つ一つの正弦波振動(の重なり合い)だと思えば
気柱開放端ではスカスカの外気のせいで外側へ向かう振動の振幅が一気に大きくなる。
で、その大きくなった分子振動が今度は開放端内側に戻ってきたら
それは気柱内側へと向かう波になり、結果として自由端反射となるってことだな。
ざっとしか見てないが
阪大がやらかしたのか。
くっくっく 鉄筋コンクリート造りの学生宿舎の長方形の部屋にオーディオセットとスピーカーを両サイドに置いて鳴らすと
ちょうどいい位置にステレオの音場が出来て楽しめたなあ
何もない部屋の壁に音が綺麗に跳ね返って部屋の真ん中に反響のスイートスポットが出来上がるの
そこに入るとなんか音楽が今でいう5.1chサラウンドみたいな不思議な感じになったなあ まー、この世の中では。常識的に=阪大や東大やエライさんたちの立場や「命」よりも。
受験生たちの「将来」のほーが=はるかに重要で大切なコト。って、ことですね。。。 >何もない部屋の壁に音が綺麗に跳ね返って部屋の真ん中に反響のスイートスポットが出来上がるの
>そこに入るとなんか音楽が今でいう5.1chサラウンドみたいな不思議な感じになったなあ
パソコンのスピーカーと
外部ディスプレイのスピーカーとで
ニセサラウンド出来るしな。
くっくっく >>119
パソコンなんて普通の学生は持ってなかった時代や 気体分子一つ一つはあちこち飛び回ってて正弦振動してるわけではないだろう >>113
ほんとこれ
こんなんがあるから大学は解答を公開しないんやろなぁ 本質は
大学入試の問題としては不適当である、ということ。
これを言わなきゃ今回の騒動が今後に生きない。 このスレでも「音叉から出る音波は左右でどうなってるのか?」
で議論が沸騰してしまう。
明らかに入試問題としては不適切であることがわかる。 >>36
NHKの物理基礎では「定在波の『節』で音量は最大となる」と説明してる。 変位の波とみるか疎密の波とみるかで節と腹は入れ替わる 高校物理だと「節」「腹」は媒質の媒質の変位で記述されるので疎密波の場合は混乱が起きる。 >>128
確かに。
空気は何で元の位置に戻れるんだ?って昔から思ってる ヤングの実験だと光の場合中間地点で明線が見えるけど、音でやった場合は中間地点では音が聞こえなくなるってことか >空気は何で元の位置に戻れるんだ?って昔から思ってる
空気分子の密度が濃くなった箇所は圧力が大きくなってるから
密度が薄く圧力の小さくなったもとの場所へ押し戻されるんだよ。
分子同士の平均的な衝突運動だ。それがいろんな正弦波の重なりに近いってことだ。
くっくっく >空気は何で元の位置に戻れるんだ?って昔から思ってる
粒子の移動が速く(空気で数百m/s等)ても平均自由行程が著しく小さい(数十nm)から
一定時間毎の平均位置をみるとそれ程動かない(当たり屋も真っ青の全くもって激しい酔歩だな。)
例えば厳密ではないけど煙の拡散と音速を比較すると何となく分かるんじゃないかと。
個々の粒子の動きをまじめに捉えると面倒なので、
まとまった量(いわゆる単位体積とか)の周辺粒子の平均位置を「概念」的に粒子位置として扱うと
幾らか固体っぽく(というか連続体)扱える。
ただ平均位置の移動速度が音速に近づいてくると
そういった前提条件(上述の拡散速度と音速の格差社会のようなもの)も崩れてしまって
空気なんかはドッカーンバリバリな訳です。 くっくっくの人の開放端の説明がわかりにくいのでもっとわかりやすく説明してくれる人いない? 外に出ていく波が密のときは
中に入って分子の多くが弾き飛ばされるので
入ってくる波は疎になる。 ■ このスレッドは過去ログ倉庫に格納されています