38PM83｜第38回 臨床工学技士国家試験 過去問

正答

4

この問題のポイント

この問題では、図の波形から周期Tを読み取り、水中での音速を用いて波長λを求めます。

使う関係式は次の通りです。

• 波長 λ = 音速 v × 周期 T

または、

• v = fλ
• λ = v / f

です。

解説

図は、音波の振幅、つまり音圧の時間変化を示しています。

横軸は時間［ms］で、波形を見ると、同じ状態が繰り返される間隔は約0.1 msです。たとえば、上向きに0を通過する点が、0 ms、0.1 ms、0.2 ms付近にあります。

したがって、周期は、

• T = 0.1 ms

です。

単位を秒に直します。

• 0.1 ms = 0.1 × 10^-3 s
• T = 1.0 × 10^-4 s

水中の音速は、近似的に次の値を用います。

• v = 1500 m/s

波長は、

• λ = v × T
• λ = 1500 × 1.0 × 10^-4
• λ = 0.15 m

mをcmに変換します。

• 0.15 m = 15 cm

したがって、波長は15 cmです。

図で見るポイント
波形の山から次の山まで、または同じ向きで0を通過する点から次の同じ点までを1周期として読み取ります。この図では1周期が約0.1 msです。

ひっかけポイント
横軸の単位はmsです。0.1 msを0.1 sとして計算すると大きく誤ります。必ず秒に変換してから計算します。

選択肢の確認

1．誤り。
0.15 cmは、mからcmへの変換を誤った場合に近い値です。0.15 mは15 cmです。

2．誤り。
1.5 cmは、周期または単位換算を10倍小さく扱った場合に近い値です。

3．誤り。
7.5 cmは、音速や周期を半分に見積もった場合に近い値です。

4．正しい。
周期は0.1 ms = 1.0 × 10^-4 sです。水中の音速を1500 m/sとすると、λ = 1500 × 1.0 × 10^-4 = 0.15 m = 15 cmとなります。

5．誤り。
30 cmは、周期を0.2 msとして扱った場合に近い値です。この図での1周期は約0.1 msです。

覚えるポイント

• 波長は λ = v × T で求めます。
• 周期Tは、波形が1回繰り返す時間です。
• 水中の音速は約1500 m/sとして扱います。
• 0.1 ms = 1.0 × 10^-4 sです。
• 0.15 m = 15 cmです。