久留米大学物理2012年第2問

図2のように、移動可能な台の上に乗せられたおんさと、液面によって長さの変えられる気柱がある。気柱は移動しない。気柱の共鳴に関して、開口端補正は無視してよい。以下の問に答えなさい。
kurume-2012-physics-2-1
  1. 気柱の長さを0から少しずつ長く していったところ$L_1$で初めておんさの音による気柱の共鳴を観測した。次におんさの前方、距離$K$の位置に壁を置いた。おんさのある位置でおんさの音を聞く実験をした。おんさをたたいてから時間$t$後に初めて壁で反射したおんさの音を聞いた。音の速さ$c$はいくらか。おんさの発する音の波長λ、振動数$f$はいくらか。また、周囲の気温が$T$から、$T'~(T'\gt{T})$になると共鳴する気柱の長さは、温度$T$のときの気柱の長さ$L_1$に比べ、どのように変化するか。理由をつけて解答しなさい。ただし、おんさの振動数は温度によって変化しないものとする。
  2. 気温$T$のとき、おんさの乗せられた台を壁に向かって移動させた。移動の速さを0からゆっくり増加させ、気柱は$L_1$からその長さを長くして、常に共鳴状態を保つようにした。移動の速さが$v_0$になったとき、速さを一定にし、共鳴する気柱の長さを測定したところ、$L_2$であった。音の速さを$c$、静止時のおんさの発する音の振動数を$f$で表すとき、気柱の長さ$L_2$を求めなさい。また、気柱近くでうなりが観測された。うなりの観測される理由と1秒間当たりのうなりの数を答えなさい。