1月12日の読売新聞に、2016年大阪大学の物理試験問題が載っていました。
複数の回答が出るのは、基本的に壁の反射を固定端と考えるか、自由端と考えるかなのかの差ですね。多分。
高校時代、反射や屈折は苦手でしたね。
高校で問題を解く場合、大抵円筒形の筒の事例でしたね。
実のところ、答えの式自身は、物理の問題の基礎レベル。
暗記していれば、出る式なのですが・・・・
今回は円筒形の筒（気柱）ではない。
この辺が大きな問題です。
壁の場合は、どっちなんだろうと、かなり悩むところ。
高校時代は壁に反射した場合、固定端として問題を解くことは漠然と覚えていました。
が、なぜ固定端なのか、本を読んでもいまいち理解できず、独自解釈で誤魔化していたような気がします。
□固定端と自由端
もうこれは、こちらのHP（わかりやすい高校物理の部屋）を参照です。
内容も一部引用します。
http://wakariyasui.sakura.ne.jp/p/wave/housoku/koteijiyuu.html
・固定端の場合
動画出典：わかりやすい高校物理の部屋
・自由端の場合
動画出典：わかりやすい高校物理の部屋
□なぜ、壁の反射が固定なのか・・・独自解釈
理由は力や運動量の方向が逆だから。
私も自由端じゃないかなと思うのですが・・・固定端。なぜかと悩みました。
音は分子の動きですね。縦波です。
分子一個をボールのように考えた場合、壁に当たれば、反発しますよね。
で、進行方向、力の方向が逆になるわけです。
ぶつかって、折り返すのですから自由端ように、合成して大きくなりそうです。
しかし、力の方向が逆なので、打ち消しあうように力が働きます。
そのため、観測すると固定端のように見えるはずです。
との高校生時代の独自解釈。
・密度は関係ないのか？
そもそも私たちは波形をどの様に観測しているのでしょうか？
密度でしょうか？ 違いますよね。
電気信号の場合、センサーの膜？の移動距離ですよね。
圧力でも、密度でもありません。
仮に密度が高かった場合、その結果、どの様な力が働き、その結果どの様に移動したか重要になります。
□では、開放端での自由端をどう解釈するのか？
これが難しい。
良く分からない。
常に分子は他の分子に衝突しているので、反射が常に起きていると解釈できなくもないけど、なぜ自由端になるかが分からない。難しい。
上記の解釈を当てはめようとすると、
全然当てはまらないので、上記の解釈すら間違えている可能性がある。悩ましい。
もっとも、私がいちいち考えなくも、世の中ちゃんと説明がある。
管の口での音反射の原理：定常波の理由の理由
http://k-hiura.cocolog-nifty.com/blog/2010/05/post-a5d2.html
● 音の話（その２）●
http://hr-inoue.net/zscience/topics/sound2/sound2.html
再び、独自解釈。
膜が進行方向に動くのには、二つの原因が考えられる。
進行方向と逆の膜の圧力が高くなった結果、膜が進行方向に動く。
それとは逆に、
進行方向川の膜の圧力が引くなった結果、膜が進行方向に動く。
自由端の場合は、上の方に動いていますが・・・
これは圧力が低くなるから動くと考え方が良いなのかもしれない。
「管の口での音反射の原理：定常波の理由の理由」の場合、
疎が動いていますが、疎に引っ張られて、上の方が動く感じでしょうか？
そもそも、開放端の反射波は小さいはずなのにな。
共振と組み合わせると話が大きくなり難しくなる。
同じ物理法則だけど、条件が変わる境界で、観測上の振る舞いが変わって見えるのは良くある話なんだけど、難しい良く分からない。
で、今回も壁の表面上での振る舞いが良くわからないのが原因。
例えば、プールサイドの壁にぶつかる波。
壁にぶつかると大きく上に跳ねるのが、典型的な自由端の振る舞いですが・・・
壁の端に覆いを付けて、自由に水が跳ねれない様にしたら、固定端として扱うのか？ 自由端として扱うのか、非常に悩ましい。
この辺はぜひ、スパコンを使って視覚化して欲しい。
□空気分子の動きは複雑。
空気分子は動いているのですが、その一方で他の空気分子とも衝突しているので、ミクロレベルで見るとかなり複雑な動きをしている。
ので、とっても難しい。凡人には判りません。
□両方ともありうるみたいですね。
さて、今回の問題は、回答が複数なので、自由端の場合と固定端の場合、両方の振る舞いが考えられるわけですよね。
難しい問題です。
