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更新2022/05/04

超音波で浮遊

超音波で色々遊んでいると、おもしろい現象にぶつかることがあります。
例えば、金属の壁や板に向かって超音波を当てていると、壁の手前数mmの位置で小さなゴミがたまって動かないことがあります。

では、さっそく実験です。
まずは、以下のものを用意します。

・アルミホイル一辺が数mmの大きさの平たいもの 1枚
・40KHz超音波送信発生機 1ケ
・電源
・10cm長程度の透明なプラスチックの円筒(穴の直径が10mm前後で超音波スピーカーよりちょっと大きめの穴が理想)

円筒の片側をアルミホイルで覆うように蓋をします。
アルミホイルを円筒の中に入れます。
尚、アルミホイルが静電気で円筒の内側に張り付きやすいのでご注意を。
当サイト他ページの超音波発生と受信回路のものを使うならば超音波モジュールの配線は次の通りにします。

円筒に超音波スピーカーを差し込みます。
これで準備は終了です。

ゆっくりと円筒を立てて、発生機から超音波を出してみましょう。
そして、超音波スピーカーをゆっくりと動かしてみましょう。
ある位置になると・・・・

なんと、アルミホイルが空中に浮きました。
まるでその場所で固定されたかのように動きません。
もし、うまくいかない場合は、アルミホイルを置く位置やアルミホイルの大きさ・形を色々と変えてみてください。

なぜでしょうか?
超音波は、耳に聞こえる音より周波数が高く波長が短い音波です。
例えば、超音波発生と受信回路であれば発生機の超音波周波数は40kHzなので超音波の1波長は8mm前後となります。
円筒の反対側をアルミホイルで蓋をすることで、波長の短い超音波が反対側で反射します。。
そうすると超音波スピーカーから出ている音波と反射して帰ってきた音波の山谷が丁度うまく重なった時、まるでその位置に音圧の山谷(濃淡)が固定されたようになります。
これを定在波といい、アルミホイルが丁度この定在波の山谷の谷の部分にあった時、前後の山に阻まれて動けないため、その位置で浮遊したようにみえたのです。

注意!!
上記使用例で発生する超音波は耳には聞こえませんが大音量です。
耳を超音波スピーカーに近づけることはやめましょう!!
場合によっては耳に障害が起こる可能性があります。

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電子回路とファームウェア専門の元エンジニアが、初心者の頃の疑問や勉強・経験で知った「そうだったのか」を2009年から書いています。 ⇒続き

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