音の速さはどのくらい?空気中、水中、温度の違いで全然違う!?

音が聞こえるのはなぜ?

ラジオを付ければニュースが聞こえてくるし、スマートフォンからは音楽も動画の音などいろいろな音が聞こえてきます。

私たちがどのように音を聞いているのかというと、耳の中にある鼓膜という膜が振動することによって、私たちは音を感じることができます。

鼓膜の振動=音というわけです。

 

音を出している物体を音源といいます。光源と同じ感じです。音源の例はたくさんあり、スマホやスピーカー、マイクなど様々です。

音源はそのもの自体が振動していて、音源の振動が空気に伝わり、さらに空気の振動が私たちの鼓膜に伝わって音を聞くことができます。

音は空気の振動といいましたが、空気の振動とは、空気中の粒子が音源からの振動によって密度が大きい場所と密度が小さい場所ができることによってつくられる疎密波のことです。

つまり音は波であるということです。

音が振動であることを確かめる

音が振動であることは簡単に確かめることができます。

ふくらませた風船を両手で持って、その前で大きな声を出します。そうすると、持っている手で振動を感じることができます。

この振動は声以外でも、テレビなども音源に近づけても同じように感じることができます。声の高さや大きさを変えると、振動の仕方も変わるので、試してみてください!

 

音源の1つとして、音さ(音叉)という道具を紹介します。音さは下の写真の道具で、二股に分かれた金属部分の下に、木でできた空洞が開いた箱が取り付けられており、叩くの常に同じ高さの音を出します。

 

空洞の箱がついているのは、ギターと同じで、この空洞の中で空気の振動がうまく作られるので、響く音を作ることができます。

同じ高さの音を出す音さを上のように並べて置き、片方の音さだけを叩いて音を出してみます。すると、面白いことに、片方の音さを叩いただけなのに、もう一方の音さも音を出し始めます

なぜこのようなことが起こるのでしょうか?

叩いた音さから発生した振動が空気の疎密波をつくり、その波によって、もう片方の音さが振動します。この現象を共鳴といいます。

共鳴は同じ高さの音さでないと起こらず、違う高さの音さ同士では共鳴しません。ちなみに、音さ以外でも共鳴は起こります。ガラスのグラスを適切な高音を出すことで共鳴させて割ることもできます。

音が伝わる速さ

音は空気中を340m/s(メートル毎秒と読む。秒速340mと同じ意味)の速さで進むことができます。新幹線が出せる最速は今のところ96m/sほどなのでかなりの速さになります。

ちなみに、戦闘機などは音よりも速く飛ぶことができます。このようなスピードで飛ぶことが出来るものの速さを、340m/sでマッハ1、680m/sの速さでマッハ2と音の速さを使って表現します。

 

雷がピカッと光ってからゴロゴロと音が聞こえてくるまでは、少しの時間がありますよね。

その時間の差は、光の速さと音の速さはかなり違うから起こります。光は一瞬で伝わるのに対して、音は340m/sの速さなので、光が見えた後に音が聞こえます。

例えば、雷の光が見えた後、5秒後に音が聞こえたなら、雷と自分との距離は340m/s×5秒で1700mであることがわかります。

雷を作る雲の範囲は約1㎞であることが多いので、雷の光が見えてから3秒以内に音が聞こえてきたら、自分は雷雲の範囲に入っている可能性があるので、安全な場所に避難する必要があることがわかります。

水の中で音は聞こえる?

さて、どうでしょうか?

プールに潜った時に外の音が聞こえた経験がありませんか?そう音は水中でも聞こえるんです。

それは、音が振動であり、水の粒子も空気の粒子と同じように疎密波を作るため、音を伝えることができるんです。

 

簡単に音を形としてみることができます。ボウルにビニールを強く張って、塩を振りかけます。ビニールは黒のほうが形がみやすいです。

ボウルに向かって大きな声を出すとその振動で塩が動き、うまく声をだすときれいな模様ができます。ぜひやってみてください。

水以外でも、糸電話は糸が振動して音を伝えるので、会話をすることができます。なんの物質でも音を伝えることができます。

しかし、宇宙のような粒子が存在しない真空中では、音を伝えることができないので宇宙で音は聞こえません。

真空で音が聞こえないのかは、真空ポンプを使うと確かめることができます。真空ポンプの中にブザーを鳴らした状態で入れて、空気を抜いていくと、だんだんと音が聞こえなくなります。

音の速さは空気中では340m/sですが、水中では1500m/sで進むことができます。粒子同士が近くにあるので、速く伝わるんですね。

音を使った道具

音を使って雷との距離を知ることができました。同じように、音は距離を測るのに使われます。

下のイラストは音響測深機という、海の深さを測る道具で、海に向かって音を出して、その音がはね返ってくるまでの時間を測ることで距離がわかります。

同じように、魚群探知機(ソナー)も音波を出して、魚に当たると反射するので、はね返りから魚がいるかどうかを調べることができます。

まとめ

音を出す物体を音源といい、振動している

音は空気の疎密波を作ることで、音を伝えている

音は空気中を340m/sの速さで進む

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プロフィール
ゆうしろ

私立中・高一貫校の現役理科教員です。
専門は生物学で、中学・高校理科の教員免許を持っています。
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