両端を固定した弦,管の中の空気,つなぎ合わせた振子など,物体またはその集りを振動させるときには,いくつかの特定の振動数の振動のみが発生する。これらを固有振動といい,その振動数を固有振動数という。固有振動は,振動する物体の形・構造,それを形づくっている物質の密度・弾性係数,物体の支えかたなどによって定まる。例えば長さl,単位長さ当りの質量ρの弦に張力Tを加え,両端を固定して振動させるときの固有振動数νnは,
となる。これらの振動のようすを図に示す。図からわかるように弦の固有振動は,弦の上に生ずる定常波で両端が節になっているものにほかならない。またこのようにいくとおりもの固有振動がある場合には,その中で振動数がもっとも低いものを基本振動fundamental vibration,その他を倍振動という。実際に物体が振動する際には,一般に基本振動といくつかの倍振動が重なり合った振動が起こる。なお,物体に外から周期的な力が加わる場合,その振動数が物体の固有振動数に近いほど,物体の振動は激しくなる。この現象を共振という。
→振動
執筆者:有山 正孝
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…外から振動的な力が加えられているときの振動を強制振動といい,これに対して,外力をとり除いたあとでの振動が自由振動である。自由振動の状態は,物体の形状寸法と弾性的な性質によって決まる特定の振動数と振動の状態をもった固有振動によって規定される。固有振動の数は無限に多く,その組合せによって自由振動の状態が決まる。…
…弦の単位長さあたりの質量をσとすると,弦を伝わる波の速さvは
で与えられることがわかっており,これと定常波の波長λn,振動数νnとの関係νn=v/λnを用いると,
である。これらをこの弦の固有振動といい,とくにν1を基本振動,ν2以上を倍振動という。これらは先に述べた基準振動に対応するものである。…
…
[定常状態]
シュレーディンガー方程式の解のなかには,波動が空間のあらゆる点でいっせいに足並みそろえて振動するようなものがある。これは,2点の間にピーンと張った弦の振動の場合なら固有振動に相当するもので,量子力学の波動の場合にもその振動数は特定の一連の値(固有振動数)ν0,ν1,……に限られる。こうしたψの固有振動は,それぞれ量子力学的粒子のエネルギー確定の運動を表し,それをしている粒子は定常状態にあるといわれる。…
※「固有振動」について言及している用語解説の一部を掲載しています。
出典|株式会社平凡社「世界大百科事典(旧版)」
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