理科１年　物理

 音の性質
 [要点－音の世界]
①音とは：
音は振動によって生じる現象です。物体が振動することで、
周りの空気や水などの媒体を通じて伝わります。
空気や水があれば音は伝わりますが、真空中では伝わりません。
鼓膜で振動を受け取り、神経を通じて脳に伝わって音が認識されます。

②音の伝わり方：

　

・音源が振動 → 空気(水・金属)が振動 → 音が伝わる
・真空中では音は伝わらない → 聞こえない
・空気中の音の速さ → 約340m/s

例)1020m離れているところでカミナリが落ちた
→ 稲光がしてから約3秒後に音が聞こえる(1020÷340＝3)

③音の波形と特性
音は波の一種です。オシロスコープという器具を使って音を波形化できます。

　

振幅: 振動の中心からのふれ幅で、音の大きさを決めます。
振動数: 1秒間に起こる振動の回数で、音の高さを決めます。単位はヘルツ (Hz) です。

④音の大きさと高さ:
音の大きさは振幅によって決まります。振幅が大きいほど音は大きくなります。
音の高さは振動数によって決まります。高い音は振動数が多く、低い音は振動数が少ないです。

⑤モノコードをはじく:

　

モノコードは弦の長さや張りの強さを変えて音を出す楽器です。
弦の長さが短いほど、細いほど、強く張るほど音は高くなります。

④音の三要素
音は振動の一種であり、固体、液体、気体などの物質が振動することで伝わります。
音の性質を理解するために、以下の三つの要素を考えてみましょう。

(1)振幅(Amplitude)：
振幅は音の大きさを決める要素です。
音の振動の中心からのふれ幅を表します。
振幅が大きいほど、音は大きくなります。

(2)振動数(Frequency)：
振動数は音の高さを決める要素です。
1秒間に起こる振動の回数を表します（単位はヘルツ、Hz）。
高い音は振動数が多く、低い音は振動数が少ないです。

(3)波形(Waveform)：
音を波の形に変換したものを波形といいます。
オシロスコープなどの器具を用いて音を波形化できます。
波の山の高さや谷の深さは振幅を示し、波の数は振動数を表します。
音の大きさや高さが変わると、波形も変化します。
大きな音は振幅が大きく、高い音は振動数が多いです。
　(音の伝わり方) 
 
①図3のように、音さを鳴らしてコップの中に入れると水しぶきが上がることから、
音の正体は振動であることがわかる。

②したがって図1のように、空気を抜くと振動を伝えるものがなくなるので、
音は聞こえない。

③図2のように、音＝振動は水中でも伝わる。
　(音の速さ) 
   
①音の伝わる速さを340m/sとすると、
B点ではAで花火を打ち上げた1秒後にその音が聞こえる。

②ACの距離は1020mなのでC点では3秒後に音が聞こえる。

③Cのビルで反射した音がB点で聞こえるのは、
A → B → C → Bの距離が1700mなので、打ち上げから5秒後である。
　(音の高さ・強さ) 
   
①音源の振動によって音が発生する。

②音の大きさは振幅によって決まる。

③図のCの音が最も大きく、Dの音が最も小さい。

④音の高さは振動数によって決まり、CとDが最も高くBが最も低い。

⑤モノコードの音を高くするには、
・細い弦を使う
・弦を短くする
・弦を強く張る

⑥大きな音を出すには、弦を強くはじくとよい。
 音の伝わり方-音源と振動
・音が伝わるのは、音源の振動が空気に伝わり、
　空気がこくなったりうすくなったりして、振動を伝えるからです。

・空気の振動が耳に伝わって、こ膜を振動させ、鼓膜の振動が信号に変えられて神経を通って脳に伝わり、
　「音が聞こえた」と感じ取ります。




①音の性質:
(1)音源：音を出しているものを指します。
例えば、ギターの弦や太鼓などが音源です。
音源は振動して音を発します。

(2)波：音の振動が次々と伝わる現象を指します。
音の波は空気や水などの物質を通じて伝わります。
ただし、何もない真空中では音は伝わりません。

(3)音：波の一種で、空気や水などがあれば振動が伝わります。
鼓膜で受け取られ、神経を通して脳に伝わって音が認識されます。

②音の波形:
(1)オシロスコープ：音を波形化するための器具です。

(2)振幅：振動の中心からのふれ幅で、音の大きさを決めています。

(3)振動数：1秒間に起こる振動の回数または1秒当たりの波の数で、音の高さを決めています。
単位はヘルツ（Hz）です。
振動数は以下の式で求められます：振動数（Hz）=振動の回数（波の数）÷時間（秒）

(4)音の大きさと高さ:
音の大きさは振幅と関係があります。
振幅が大きいほど音は大きくなります。
音の高さは振動数と関係があります。
振動数が多い（波が多い）ほど高い音になり、
振動数が少ない（波が少ない）ほど低い音になります。
 音を伝える物質
・音は空気中だけでなく、気体・液体・固体中でも伝わります。

①音源:
音が伝わる前に、音が出る必要があります。
音を出すものを「音源」と呼びます。
ほとんどの物体が音源になります。
例えば、手のひらを叩けば手が音源になり、机をたたけば机が音源になります。
音源から音が出ているとき、音源は「振動」していることを覚えておいてください。

②音の伝わり方:
音源から出た音は、まわりの空気を振動させて波として伝わります。
この空気の振動が次々と伝わり、人の耳まで届くと「音」として聞こえます。
空気以外の物質でも音は伝わります。
例えば、水中の水や糸電話の糸、机に耳をつけて机をたたくなどです。

③真空中と音の伝わり:
真空中（空気がない状態）では音は伝わりません。
空気や水など、音を伝える物質が必要です。

④共鳴と音のうなり:
共鳴は片側から出た音が反対側の音源にも伝わる現象です。
共鳴すると、音が増幅されることがあります。
 音の伝わる速さ①
　

①カミナリの発生した地点では、稲光とカミナリの音は同時に発生する。

②光の速さは非常に速い(秒速30万km)ため瞬時に伝わる。

③秒速30万km＝秒速300000000mなので、例えば680m離れた地点では、
光が伝わる時間は680÷300000000＝約0.000002秒で
ほとんど0秒と考えてよい。

④音の速さは秒速約340mで光と比べて遅く、680m進むのに680÷340＝2秒かかる。

⑤音の速さが光の速さより遅いため、稲光が見えてから少し遅れてカミナリの音が聞こえる。
 音の伝わる速さ②
[問題]
音の伝わる速さは、1秒間に340mです。
1428mはなれたところまで音が伝わるには、何秒かかりますか。

[解答]
(時間)＝(距離)÷(速さ)＝1428(m)÷340(m/s)＝4.2(秒)
 音の大小と高低－モノコードの弦
 
　

モノコードは、音の実験や音楽の研究に使われる楽器の一種です。
一本の弦が張られており、その弦の振動によって音を出します。
モノコードは音の高さと弦の長さ、張力、太さの関係を理解するための教材として使用されます。

①モノコードの長さ：
弦の長さ: 弦の長さが長いほど、振動数（周波数）は低くなり、音は低くなります。
逆に、弦の長さが短いほど、振動数は高くなり、音は高くなります。

②弦の太さ:
弦が太いほど、振動数は低くなり、音は低くなります。
逆に、弦が細いほど、振動数は高くなり、音は高くなります。

③弦の張力:
弦を引っ張る力（張力）が大きいほど、弦は速く振動し、音は高くなります。
張力が小さいほど、弦は遅く振動し、音は低くなります。

つまり、
① 弦が短いほど高い音が出る。
② 弦が細いほど高い音が出る。逆に、弦を太いものに取りかえると、低い音が出る。
③ 弦を強く張ると、高い音が出るようになる。
 振動数と振幅
 　

振動数とは、物体が1秒間に振動する回数のことです。
単位はヘルツ(Hz)で表されます。

①高い振動数: 振動数が高い（振動の回数が多い）ほど、音は高くなります。
例えば、ピアノの高音の鍵盤を押すと、高い振動数の音が出ます。

②低い振動数: 振動数が低い（振動の回数が少ない）ほど、音は低くなります。
例えば、ピアノの低音の鍵盤を押すと、低い振動数の音が出ます。

③振幅：振動する物体の中心から最大の位置までの距離のことです。
振幅は音の大きさに関係しています。

(1)大きな振幅: 振幅が大きいほど、音は大きくなります。
例えば、ギターの弦を強く弾くと、大きな音が出ます。
(2)小さな振幅: 振幅が小さいほど、音は小さくなります。
例えば、ギターの弦を軽く弾くと、小さな音が出ます。

④振動数と振幅の関係：
振動数と振幅はそれぞれ音の高さと大きさに関係していますが、
互いに直接的な関係はありません。
つまり、振動数が高くても振幅が小さいと音は高くて小さいし、
振動数が低くても振幅が大きいと音は低くて大きいです。
 オシロスコープ
オシロスコープは、電気信号の波形を視覚的に表示するための装置です。
主に電気信号の振幅や周波数を測定するのに使われますが、
音の波形を観察するためにも利用されます。

　

①オシロスコープの基本構造：
(1)ディスプレイ: 波形を表示する画面です。通常、横軸が時間、縦軸が電圧を表します。
(2)プローブ: 測定対象に接続するケーブルで、信号をオシロスコープに送ります。
(3)入力端子: プローブを接続する場所です。
(4)調整つまみ: 波形の表示を調整するためのつまみやボタンです。
時間軸（横軸）や電圧軸（縦軸）のスケールを調整できます。

②波形の観察手順：
(1)音源の準備: マイクロフォンや発振器を使用して、音を電気信号に変換します。
(2)信号の入力: マイクロフォンや発振器をオシロスコープの入力端子に接続します。
(3)設定の調整: オシロスコープの時間軸と電圧軸のスケールを調整して、波形が見やすいようにします。
(4)波形の観察: 画面に表示された波形を観察します。