熱を利用した管楽器を通して、笛が鳴る仕組みを理解させる。

　　ブタンガスバーナー、ステンレスパイプ、ステンレス製金網、軍手、灰皿

1. 　ステンレス金網（2mm目位）を２重にして、ステンレスパイプの中に押し込む。端から10cmぐらいまで押し込むこと。
2. 　ブタンガスバーナーで、金網を赤熱させる。
3. 　パイプを火から離して、鉛直に立てる。

加熱して	鉛直にたてる。

　意外なほど大きな音で、パイプが鳴ります。パイプを寝かせても鳴りません。

　金網が熱せられると、パイプを鉛直に立てたときに上昇気流が起き、パイプ内の気柱がその長さに応じた固有振動数で振動を始めます。

　いったん定常波ができると、次のメカニズムで、熱エネルギーが振動のエネルギーに変換されていきます。

1. 　高温側に移動した気体が、熱を吸収して膨張する。
2. 　その気体が、定常波によって、より低温側に移動する。
3. 　温度が下がるので、気体は収縮し、熱を捨てる。
4. 　気体は定常波によって元の位置にもどる。
5. 　以上のサイクルを繰り返すことにより、管内の気体は一種の熱機関として働き、熱エネルギーの一部を気柱の振動のエネルギーに変える。

警告！　火傷と火事に注意！

パイプの下部はかなりの高温になっています。触るときは軍手をしてパイプの上部を。置くときは灰皿の上に。

　熱エネルギーを上のような機構で音波のエネルギーに変える機構を「Thermoacoustic engine」といいます。Thermoacoustic engineに関するサイトがアメリカにいくつかあります。そのうち一つをご紹介します。

• Los Alamos National Laboratory

　逆に音波のエネルギーを利用した冷却器も研究されています。

　Theroacoustic engine については、次の文献を参考にしました。

• Physics Today (Jul '95) "Thermoacoustic Engines and Refrigerators" Gregory W.swift

　この実験は、私は科学共栄社の米谷さんに教えていただきました。米谷さんは、サンフランシスコのNSTAで、「singing tube」という名で売られている物を買ってこられたました。この実験は、それを手近な材料で自作したものです。
　また、Theroacoustic engine については、日本物理教育学会の霜田光一先生にご教示いただきました。
　米谷さん、霜田先生、ありがとうございました。

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