吉他駐波

應科系正期106年班學生: 陳宥承、王昱程、陳宥良

　　物理是一門與生活息息相關的科學，在日常生活中蘊含著大量的物理知識，教官此次設計一些與物理知識有關的現象讓學生去探索、研究，以便幫助我們去理解物理現象，從而培養我們學物理的興趣，讓我們也能從生活中學到知識。

　　這次我們是從網路上，找到有人把手機放進吉他音箱裡面，拍攝到吉他弦明顯的駐波波形，實際去實驗後，延伸設計本次的研究。

　　大多數的樂器在製造時，皆須考慮到共鳴的效應。透過共鳴箱的設計，可以使振動的空氣量增加，例如：小提琴或吉他的音箱。弦樂器中，如：如琵琶，豎琴，吉他，鋼琴，小提琴等，弦在張緊的情況下也有所謂的共振頻，而且這些弦樂器的共振頻率是由弦的質量、長度與弦張力決定的。產生基頻的波長恰為弦長的兩倍，至於其他更高共振頻的波長則是基頻波長的整數倍分之一。這些對應的共振頻與弦波波速有關，因此我們可以從基本物理找出下列兩個公式

                                                                          (1) V=λf

 (2) V=(T/µ)1/2

　　而本次實驗的設計，便是經由實驗觀察到的數據，推算一條吉他弦所受的張力有多大。

　　從實驗開始我們就無法觀測弦明顯的震動波長，那時在室內把手機放在外面和裡面拍都看不到結果，最後發現只能在足夠明亮的室外下才能觀測到這奇妙的駐波現象。
　　

       接著我們又碰到問題了，當時只有觀測到此現象，卻不清楚研究的方向，我們趕緊與教官討論，嘗試去找出許多的關聯，最後才找出前文所寫的研究方向。

　　首先觀測波長，在調音後，我們把實驗組放在強烈太陽光下觀測，在弦旁放透明直尺，最後觀察影片，找出波長，再從手機的應用程式可測出弦的頻率，最後應用電子秤秤出弦的重量為0.46公克，帶入公式後卻發現有很大的誤差，其張力推算竟高達293顆砝碼重(一顆約為一公斤重)，且教官希望我們在演示時能把觀察到的現象立即呈現。最後在公式上我們發現單位的的錯誤，最後得出結果約為9顆砝碼重，較為合理。

　　而教官又提出如何能夠將手機錄製吉他駐波之畫面即時呈現至觀眾面前，我們使用FaceTime，利用高畫質視訊電話解決了即時播放演示的問題。

　　而教官在成品展示後，又提出新的疑問，最開始採用之兩個公式，是否真的為真；此問題若須解決，則須算出弦張力T，在教官的指導下，發現利用楊式係數觀測弦微小的伸長量，並將此數值帶入公式F=kx，求出F值，作為理論應有的張力大小，再帶入公式(2)後將兩者之波速比較，若十分接近或相同，則可表示此兩公式為真；倘若不相同，則再行研究其原由。

　　本次的實驗過程中遇到許多困難，例如拍攝波形的不順利、單位上的不明確等等，而在克服各項困難後，成品也有了新的問題。期許在未來的時間中，本組會持續秉持精益求精之精神，完成後續楊式係數的測定，驗證所採用兩公式之真偽，以達到追求真相之科學精神。