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中学「理科1分野」の「音:音の伝わり方」分野の学び方

中学「理科1分野」の「音:音の伝わり方」分野の学び方をご紹介します!

音と波

皆さん、音とはどのようなものだと思いますか?うるさいもの、心地よいもの、声や信号など、情報を伝えるもの…いろいろな解釈があると思います。でも実はこの全てが、の性質によるものなのです。

人間を始め、生き物の耳には空気の波を感じる機能が備わっています。そして空気の波を感じると、「間隔の大きい波」や「ざらざらした不規則な波」というような感じ方ではなく、「モアーン」や「ジュイーン」といった音として感じるようになっているのです。

音は疎密波である

音の波は、疎密波と呼ばれる種類の波です。疎とは中身がスカスカのことで、密とはギューッと詰まってパンパンになっていることを言います。それでは音の疎密波が出来るしくみを見てみましょう。

疎密波の仕組み

まずは物体が動くなどした影響で、空気の分子が押されます。すると、分子が押されてギューッと詰まった、密の状態の部分が生まれます。現実世界で例えると、ちょうど、縦の行列に並んでいる人達を後ろから押すと、何人かがくっついた状態になってしまうのと同じ状態です。

押されて詰まった空気の分子は、その圧力を逃がすように、さらに隣の空気の分子を押します。そうやって、密の部分がだんだんと移動していくのです。

音の伝わりやすさ

音は分子を押しつぶしながら進む疎密波であるということは、上で説明しました。それでは、この音を良く伝えるにはどうしたらよいでしょうか。

ひとつには、上の図で言う、拍子木を強く叩いて、空気の分子を押しつぶす力を強くすることですね。より強い力で空気の分子が押しつぶされれば、規模の大きい疎密波がわれわれの耳に届きます。

もうひとつの方法はどんなものがあるでしょうか。それは、音の波を伝えるための媒体を空気からほかの物質にかえてしまうことです。空気よりも水の方が音が伝わりやすく、金属などの固体はさらに速く音が伝わるのです。

その理由としては、空気はねっとりしてつかみどころのない物質ですので、波が伝わるのに時間がかかりますが、水は空気よりは堅いので波は速く伝わり、固体はさらに早く伝わる、というものです。

真空中で発生した音

真空とは、容器内にまったく空気がない状態と、大気圧よりも空気の量が少ない、いわゆる負圧の状態の2つを指します。

容器内にまったく空気がなければ、波を起こす媒体がないので、音は発生しません。

負圧の状態も、空気が極端に少ないため大気中よりも音が伝わりにくくなります。

音が伝わる速さ

音が伝わる速さは、

  • 空気:340m/s
  • 水:1500m/s
  • 固体(例:アルミニウム):6000m/s

です。そのため、上図のように6kmのアルミニウムの片端を思いっきり叩いたら、1秒後に反対側の人にアルミニウムの振動が伝わるでしょう。しかし、叩いた音が聞こえるのは15秒以上後になると考えられます。

同じ物質でも圧力や温度などの条件が異なると、伝わる速さは変わってきます。

おわりに

音を聴いたときに、あ、疎密波が伝わってきた。という見方をすると、ちょっと世の中が変わって見えますね。

(image by 筆者)

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