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    中学・理科1分野「音の伝わり方」の学び方とポイント

    今回は、音の伝わり方について学びます。

    この分野で学ぶ内容

    この分野では、主に

    • 音と波
    • 音の伝わりやすさ
    • 真空中で発生した音
    • 音が伝わる速さ

    について、基礎事項を確認します。

    1:音と波

    音とは、どのようなものか小学校の時に習いましたが覚えていますか?音とは、簡単に言ってしまえば「揺れ」です。

    その揺れを表したのが波ということです。

    教科書などを見返してみればわかるのですが、このような図があると思います。これが音の「波」、すなわち音波です。

    ポイント

    我々の耳は、音波を鼓膜が受取、信号に変え、どのような音楽なのかを脳に伝達することで、初めて「音」として感じることができます。

    2:音の伝わりやすさ

    音には、音の伝わりやすさというものが存在します。

    音は、基本的にはなにか物質があれば必ず音は伝わります。しかし、真空状態(空気がない状態)では、音は伝わりません。それは、空気を揺らして我々の耳に届くためです。

    中でも、よく伝わるのは「固体」です。固体は、堅い固体を伝わる音は空気中よりも弱まりにくいからとてもよく伝わるのです。

    また、水中でも音は聞こえますよね。それは、空気中と比べて、弱まりにくく、遠くまで伝わるという性質があるからなのです。

    3:真空中で発生した音

    音が伝わる基本原理は「空気を振動させる」ということなので、真空中では音は伝わりません。

    真空状態の身近な例としては、宇宙が挙げられます。宇宙で、音が発生しても例え1m先でも聞こえません。

    なぜなら、宇宙には空気がなく振動させるものがないからです。

    よく、アニメ(例: 機動戦士ガンダム)などで戦闘シーンに音が出ていますが、あれは実際に宇宙で戦闘することになると音は出ません。アニメ等では、シーンとした空気の中で戦闘シーンをやっても面白くないので音をつけています。

    4:音が伝わる速さ

    音が伝わる速さのことを「音速」と言います。身近な例をあげると雷が一番分かりやすいと思います。

    雷は、光と音の2つというイメージがありますよね。雷は光と音が同時に出るけど、離れたところではいなびかりが先に見えて、音は遅れて聞こえます。このことから音は光よりも遅いということがわかりますよね。

    それは、光の速さと音の速さに違いがあるからなのです。

    光の速さは、毎秒30万km(約地球7周半)という速さです。しかし、音の速さは、毎秒340mなので比になりませんよね。

    「速さ」に雷の光と音がずれる原因があります。

    音の基礎問題

    例題1:音の速さを問う問題の解き方

    太郎君が花火を見ていました。花火の打ち上げ場所は、太郎君の居る地点から680m離れたところで、花火の光が見えてから2秒後に音が聞こえました。このとき、音の速さを求めなさい。

    上記のような問題が出たとします。このような問題の解き方は、

    音の進んだ距離(m)÷音が伝わる時間(秒)=音の速さ(m/秒)

    で求めることができます。

    680m÷2秒=340m/秒という式が成り立ち、答えは「340m/秒」となります。

    例題2:距離を問う問題の解き方

    太郎君が花火を見ていました。花火は、打ち上げられてから10秒後に聞こえたとするとき、太郎君の居る場所から花火を打ち上げている場所までの距離を求めなさい。ただし、音の速さを340m/秒とする。

    上記ような問題の場合は、以下の公式を使います

    音の速さ(m/秒)×音が伝わる時間(秒)=音の進んだ距離(m)

    で求めることができます。

    340m/秒×10秒=3400mという式が成り立ち、答えは「3400m」となります。

    例題3:時間を求める問題の解き方

    太郎君が花火を見ていました。花火を打ち上げている場所は1020m先です。音の速さを340m/秒とするとき、花火の音が聞こえるまで時間を求めなさい。

    上記ような問題の場合は、以下の公式を使います。

    音の進んだ距離(m)÷音の速さ(m/秒)=音が伝わる時間(秒)

    したがって1020m÷340m/秒=3秒となり、答えは「3秒後に聞こえる」になります。

    ポイント

    音が伝わる速さや時間・距離の求め方は以上です。ここまで読むと、何かに気付くと思います。

    それは、「数学の速さ・距離・時間」を求める式と同じということです。数学と、基本は変わりません。しかし「音の速さを340m/秒とする」という指定がついただけなので、この公式さえ覚えておけば、この分野は簡単に解くことができます。

    テストなどで、光の速さを求めなさいという問題が出題されますので「毎秒340m」ということだけ覚えておきましょう。重要です。

    おわりに

    ぜひ、この記事を参考にして覚えてくださいね。

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    (image by 筆者)

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