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音の性質とうなり

音の三要素(高さ=振動数・大きさ=振幅・音色=波形)、音速が気温が高いほど大きいこと、うなりの回数が振動数の差 に等しいことを判定できる

前提

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一覧で見る(前提が先)
  1. 音の伝わり方と大きさ・高さ (中学理科 物理分野の用語と知識)
  2. 音の振動数と波形 (中学理科 光と音)
  3. 横波・縦波と波の要素 (高校物理 波動(知識))
  4. 波の重ね合わせと自由端・固定端反射 (高校物理 波動(知識))

説明

音は空気などを伝わる縦波で、その聞こえ方は「高さ・大きさ・音色」の三要素で表されます。これらがそれぞれ波のどの量(振動数・振幅・波形)に対応するかを知っていれば、音についての文の正誤を判定できます。さらに、空気中の音速が気温によってどう変わるかと、振動数の少し違う 2 つの音を同時に鳴らしたときに聞こえる「うなり」の回数も判定できるようになります。共通テストなどの知識問題で、正しい記述を選ぶ場面で使います。

なぜそうしてよいのか

音の三要素は、波の要素と次のように対応します。音の高さは振動数 で決まり、 が大きいほど高い音です。音の大きさは振幅で決まり、振幅が大きいほど大きい音です。音色は波形(1 回の振動の中での形)で決まります。同じ高さ(同じ振動数)で同じ大きさ(同じ振幅)の音でも、おんさ・ピアノ・人の声で聞こえ方が違うのは、波形が違うからです。空気中の音速 は、気温 (℃)を用いて 〔m/s〕と表され、気温が高いほど大きくなります。空気の分子の熱運動が激しいほど、押し合いの振動が速く伝わる、というイメージです。このとき振動数は音源で決まるので変わらず、 より波長 のほうが長くなります。

うなりは、前提の技能である重ね合わせの原理から理解できます。振動数 と ( とする)の 2 つの音が耳に届くと、耳の位置での空気の振動は 2 つの波の変位の和になります。1 秒間に音 1 は 回、音 2 は 回振動するので、音 1 は 1 秒あたり 回ぶん音 2 より先に進みます。音 1 がちょうど 1 回ぶん先に進むたびに、2 つの振動は山と山がそろう状態(強め合い)に戻り、その途中で山と谷が重なる状態(弱め合い)を通ります。そのため、音は大きくなったり小さくなったりをくり返し、その回数は 1 秒あたり 回になります。これがうなりの回数で、うなりの周期(大きい音が聞こえてから次に大きい音が聞こえるまでの時間)は です。

手順

  1. 各選択肢が、音の高さ・大きさ・音色・音速・うなりのどれについて述べているかを見分ける

  2. 三要素の対応と照らし合わせる:高さ=振動数(大きいほど高い)、大きさ=振幅(大きいほど大きい)、音色=波形

  3. 音速の記述は 〔m/s〕( は気温〔℃〕)で確かめる。気温が高いほど音速は大きく、振動数は音源で決まり変わらない(変わるのは波長 )

  4. うなりの記述は、1 秒あたりの回数 、周期 で確かめる

  5. すべての選択肢の正誤を判定し、条件に合うもの(正しいもの 1 つなど)を選ぶ

例題

音の性質についての記述として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。
ア 音の高さは振幅で決まり、振幅が大きいほど高い音になる。
イ 空気中を伝わる音の速さは、気温が高いほど小さくなる。
ウ 振動数 440 Hz のおんさと振動数 443 Hz のおんさを同時に鳴らすと、1 秒間に 3 回のうなりが聞こえる。
エ 同じ高さで同じ大きさの音でも楽器によって聞こえ方が違うのは、それぞれの音の振動数が異なるためである。

例題の解答

【手順 1】アは音の高さ、イは音速、ウはうなり、エは音色についての記述である。
【手順 2】ア:音の高さを決めるのは振動数で、振幅が決めるのは音の大きさである。よって誤り。エ:同じ高さなので振動数は同じであり、聞こえ方の違い(音色)を決めるのは波形である。よって誤り。
【手順 3】イ:空気中の音速は 〔m/s〕で、気温 が高いほど大きくなる。よって誤り。
【手順 4】ウ:うなりの回数は 1 秒あたり 回である。よって正しい。
【手順 5】正しいものはウである。

答え:

ウ

よくある誤り

この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。

入口の問題

この技能を使う問題

この技能の次に学べること