中1理科「音の性質」振幅と音の大小・振動数と音の高低

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中1理科。今日は音の性質について学習します。音の単元では2つのことをマスターします。どうやって音が伝わるのか、音の大きさや高さにはどんな決まりがあるのかを学習します。

音の伝わり方

まずは、音がどのように伝わるのかを学習します。次の用語と意味を覚えましょう。

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音源

音さや弦、楽器や鐘のように、音を発しているものを「音源」といいます。音源がどうやって音を出しているかというと、音源が振動することで音を出しています。

音を伝えるもの

では、音源の振動がどのように伝わり、音が聞こえるのかを考えましょう。音源の周りには空気や水、あるいは固体などの物質があります。音源の振動が、これらの物質を次々に振動させることで音が伝わるのです。

音を伝えるもの

  • 気体…空気など
  • 液体…水など
  • 固体…金属や木など

真空中では音は伝わらない

音が伝わらないのは真空中です。真空とは何もない状態です。周りに空気もありませんので、音源の音が伝わりません。

目覚まし時計を密閉した容器に入れ、真空ポンプで空気を抜いていくと音が小さくなっていくのは、音源の周りに振動するものがなくなってしまうからなのです。

音の波

空気中や水中を音はどのように伝わっていくかといえば、音の波となって伝わっていきます。音源の振動により、その周りの空気が押し縮められて濃くなったり、引かれてうすくなったりします。これが次々と伝わり音の波となって空気中を伝わっていきます。

音の伝わる速さ

空気中を音が伝わる速さは約340m/sです。空気の温度によって少し変化しますが、この数字を覚えておきましょう。音の速さを計算する問題で、この数字からかけ離れている場合は、計算が間違っている証拠です。

光の伝わる速さ

音の速さと一緒に、光が空気中を伝わる速さも覚えておきましょう。光が空気中を伝わる速さは、30万km/sと非常に速く、音の速さと比較して桁違いの速さになります。

音の大きさや高さ

次は、音の聞こえ方について学習します。大きい音や小さい音、高い音や低い音にはどのような違いがあるのでしょうか。まずは用語から押さえていきましょう。

振幅

音源の振動の幅を表します。振幅が大きければ大きいほど大きい音になります。振幅が小さければ小さいほど小さな音になります。

振幅

振動数

音源が1秒間に振動する回数を振動数といいます。単位はHzヘルツといいます。振動数が多ければ多いほど高い音になり、振動数が少なければ少ないほど低い音になります。

振動数

オシロスコープでの音の波形

大きい音、小さい音、高い音、低い音をオシロスコープという、波の形を見る装置で見てみると、次のような波形が現れます。

オシロスコープ

大きい音・小さい音を出すには

弦や太鼓などを使って大きい音、つまり振幅が大きい音を出すにはどうすればいいのでしょうか。

大きい音

大きい音を出すには、振幅を大きくすればいいので、弦をはじく強さを大きくする、太鼓をたたく強さを大きくすればいいのです。

小さい音

小さい音を出すには、振幅を小さくすればいいので、弦をはじく強さを弱くする、太鼓をたたく強さを弱くすればいいのです。

高い音・低い音を出すには

弦を使って高い音や低い音を出すにはどうすればいいのでしょうか。弦が振動する回数である振動数を多くすれば高い音、少なくすれば低い音が出ます。

高い音

高い音を出す、つまり振動数を多くするには、振動している物体の重さを軽くすればいいのです。具体的には次の方法があります。

  • 弦を短くする
  • 弦を細くする
  • 弦を強く張る

上記の3つの方法を行えば、振動する弦の重さが軽くなり高い音が出ます。

低い音

低い音を出す、つまり振動数を少なくするには、振動している物体の重さを重くすればいいのです。具体的には次の方法があります。

  • 弦を長くする
  • 弦を太くする
  • 弦を弱く張る

上の3つの方法をとれば、振動する弦の重さが重くなり低い音が出ます。

音の性質 練習問題

  1. 音を発しているものを何というか。
  2. 音を発しているものはどんな状態にあるか。
  3. 密閉容器に音が鳴っているブザーを入れ、真空ポンプで空気を抜いていくと、音はどのように変化するか。
  4. 水などの液体中でも音は伝わるか。
  5. 680m離れた地点で花火が上がったとき、2秒後に花火の音が聞こえた。音が空気中を伝わる速さは何m/sか。
  6. 校舎の壁に向かってピストルを鳴らしたところ、2秒後にピストルの音が反射して返ってきた。このときの空気中での音の速さを340m/sとすると、ピストルを鳴らした地点から校舎まで何m離れていることになるか。
  7. 振幅が大きいとどんな音になるか。
  8. 1秒間に音源が振動する回数を何というか。
  9. 8の単位は何か。
  10. 弦を弾いて、大きくて高い音を出すには、どんな弦をどのように弾けばよいか。

解答

  1. 音源
  2. 振動している
  3. 小さくなっていく
  4. 伝わる
  5. 340m/s
  6. 340m
  7. 大きい音
  8. 振動数
  9. Hz(ヘルツ)
  10. 細くて短い弦を強く張り、弦を強く弾けばよい。

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