今日も引き続き理科の単元解説をやっていきます。今日は音の性質についてです。
私はこのブログを書く時に中学の単元を復習しているのですが、色々と懐かしい気持ちになってきますし、今だから分かることもあったりします。
みなさんの中には勉強が嫌いだったり、苦手だったりする方もいると思いますが、色々なものの原理を知るのは楽しいことだと私は思っています。
そんなことはいいからテストに出る要点だけ書いてくれと言う方も、一度最後まで読んでいただけると嬉しいです。
この記事をご覧の方には勉強のコツ｜理科編-学習する内容を明確な作業にする事例集も参考になります。
音の性質｜音の速さは秒速約340m
前回光の速さをやった後ですからかなり遅い印象になると思いますが、音も十分速いスピードを出しています。時速にすると約1224kmとなりますから、新幹線の約4倍～5倍程度の速さになります。
ちなみに、新幹線の「こだま」も音のように速いことを表現しているようです。
余談ですが、聖衣という画期的なアイデアで流行を生み出し、またイケメンが勝つことで有名な車田正美の聖闘士星矢にも音速の解説がでてきます。
作中の青銅聖闘士は音速を超えた動きをする人間を超越した存在ですが、さらにそれを超越した光速の動きをする黄金聖闘士からは「あくびが出る」と言われる速さになってしまいます。
確かに光速は音速の約88万倍の速さですから「あくびが出る」のもうなずけますね。
このことがよく認識できるのが雷が落ちる時だと思います。
雷が遠くで落ちる時ほど、光を認識してから音が聞こえるまでに間があります。雷が落ちる場所ではほぼ同時に光と音を認識できるはずですから、光の速さを無限大と考えて、雷が落ちた場所までの距離を計算する問題がよく作成されますね。
音の性質｜音が出るにはその原因が必要
音が出るにはその原因が必要です。例えばベル・楽器・笛などがそれにあたります。これらの音を出す原因を音源といいます。
私は楽器をやっていたのですが、音源と聞くとCDなどの曲が聞けるものを想像してしまう方もいると思います。とりあえず理科の世界では音を出す原因となるものが音源ですので、ここではそうだと理解しておくようお願いします。
音の性質｜音は気体・個体・液体全てを伝わる
音が出るには物体が振動する必要があります。この振動が空気や水、金属などを伝わることで、別の場所で音として認識できるようになっています。
人間が音を認識するのは空気の振動です。ここで間違えやすいのが、音は気体だけでなく、液体や固体も伝わることができるという点です。
必ずしも空気中でしか音が伝わらないわけではないので注意してください。
音の性質｜音が伝わるには必ず媒体が必要
音は音源が振動することでできます。また、その振動は何か媒体を通さないと音としては伝わりません。
その媒体は上でも述べた通り気体・液体・固体を問いませんが、真空中では音が伝わらないという性質も重要です。
つまり宇宙空間では会話ができないということですね。無線などを使って宇宙服の空気を利用しないと会話はできません。
音を可視化する｜オシロスコープ
マイクなどを取りつけて、音の振動を電気信号に変えることで、音を可視化することができます。中学の教科書にはオシロスコープという機械が出てきますが、これは音が物体の振動であることを示す一つの指標にもなっていると思います。
オシロスコープで音を可視化した場合、音は一定の間隔で波打っているように見えます。この実験を音の波形を調べる実験といいます。
音の波形を調べる実験では、波の縦軸を振幅とし、横軸を時間の経過として見ます。大きい音は振幅が大きく、小さい音は振幅が小さくなります。また、高い音は一定時間内に振動する回数が多く、逆に低い音は一定時間内に振動する回数が少なくなります。
中学の理科ではほとんどやりませんが、振動数はHz（ヘルツ）で表します。
よくクラシックでコンサートマスターがラ音を出し、周りの人がそれに合わせるといったことをしますが、ラ音を440Hzにするのが標準とされています。少し明るい雰囲気にしたい場合などはラ音を442Hzにすることもあります。
たった2Hzの違いですが、なんとなく人にも伝わるようです。
また、このように同じパターンで波形を描くものを波動といいます。これがストリートファイターシリーズでおなじみの波動拳と同じなのかは分かりません。（何が振動しているんでしょうか）
音を出す実験｜モノコードと音さ
中学の理科で音を出す実験によく使われるのがモノコードと音さです。
モノコードは１弦しかないギターのようなもので、高い音や低い音をどのようにして出すかや大きい音や小さい音をどのようにして出すかの問題によく使われます。
また、U字の金属であることが多い音さですが、これは音が空気を伝わって共鳴することを実験するためによく使われます。
２つの音さを離して置き、片方を鳴らしてもう片方がどうなるかといった問題（もう片方も音が出ます）や間に板を置いたらどうなるかといった思考実験（理論上は音が鳴りません）に使われます。
また、音が振動であることを視覚的に表現するために、音を出した音さを水の中にいれるとどうなるかといった問題（波ができます）もよく使われます。
中学の理科では、用語の問題や原理が分かっていれば超簡単な問題が多いです。私はわりと点数を取りやすい課目だと思っていますから、みなさんも試験勉強の時は理科から勉強するのをおすすめします。
