学習目安 | 小: A | 中: S | 高: A

振動

振動

出典: Wikipedia
一般小学生

まとめ

  • 物体が一定の点や平衡状態を中心として、周期的に繰り返す往復運動のこと。
  • 音を発生させる直接の原因であり、この揺れが空気などの媒質を伝わることで音波として周囲に広がる。
  • 1秒あたりの振動回数を振動数周波数)と呼び、その回数が多いほど音は高く、振動の幅(振幅)が大きいほど音は大きく聞こえる。

解説

物体が振動すると、その周囲にある空気などの媒質が押し縮められたり薄くなったりする密度の変化が生じます。この変化が波として伝わる現象が音波です。音の性質は、振動の仕方に大きく依存します。例えば、モノコードの弦を弾く際、弦を短くしたり強く張ったりすると、1秒間あたりの振動数が増えるため、音は高くなります。

音の伝達には媒質が必要であり、空気のない真空状態では音は伝わりません。また、媒質の密度が高いほど音の伝わる速さは速くなる性質があります。オシロスコープの波形から振動数を読み取る際は、横軸の時間設定を確認し、1秒間に含まれる波の数を算出することで、その音の正確な高さを把握できます。

コラム

音の伝わる速さ(音速)気温によって変化し、気温をt[℃]とすると、音速V[m/s]は V = 331 + 0.6t という式で近似されます。例えば、気温15℃のときの音速は約340m/sとなります。

応用的な計算問題では「音の反射」がよく扱われます。例えば、秒速10mで岸壁に向かって移動している船が汽笛を鳴らし、その反射音を聞くまでの時間を求める場合、音が進む距離と船が進む距離の合計を考慮しなければなりません。また、音源が移動することで観測者に届く音の周期が変化し、音の高さが変わって聞こえる現象をドップラー効果と呼びます。

小学生のみなさんへ

物や空気が細かくふるえることを、理科の言葉で振動しんどうといいます。音の正体はこの「ふるえ」です。太鼓をたたいたときに手がジーンとしたり、スピーカーにさわると細かく動いていたりするのは、物がふるえているからです。

このふるえがまわりの空気に伝わり、私たちの耳の中にある「こまく」をふるわせることで、音として感じることができます。ふるえるはば(振幅しんぷく)が大きいと大きな音になり、1秒間にふるえる回数(振動数しんどうすう)が多いほど高い音になります。

音は空気だけでなく、水の中や糸電話の糸を通じても伝わります。でも、空気がまったくない宇宙のような場所(真空)では、ふるえを伝えるものがないので、音は聞こえません。

ルラスタコラム

糸電話で話しているときに、糸を指でギュッとつまんでみるとどうなるでしょうか?実は、糸のふるえが止まってしまうので、相手に声が届かなくなります。音を伝えるには「ふるえ」を止めないことが大切なのです。

テストでの問われ方・理解度チェック

【基礎】 音の大きさと高さは、それぞれ振動の何によって決まりますか
大きさは「振幅(振動の幅)」、高さは「振動数(1秒間に振動する回数)」によって決まります
【応用】 モノコードの弦を「より強く張る」ときと「はじく強さを強くする」ときでは、音はそれぞれどのように変化しますか
弦を強く張ると「音が高く」なり、はじく強さを強くすると「音が大きく」なります。音の高さは振動数に、大きさは振幅に関係するためです
【実践】 船が秒速10mで岸壁に向かいながら汽笛を鳴らしました。2秒後に反射音が聞こえたとき、汽笛を鳴らした瞬間の船と岸壁の距離を求めなさい(音速は340m/sとする)
350m。音が進んだ距離(340m/s × 2s = 680m)は、「鳴らした地点から岸壁までの距離」と「岸壁から反射音が聞こえた地点までの距離」の合計です。船は2秒間で20m進んでいるため、(680 + 20) ÷ 2 = 350mとなります

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