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zoom RSS ガラス板の上をころがるさまざまな材質の球。聞こえる音の高さはどう変わるの?

<<   作成日時 : 2012/06/22 11:44   >>

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★科学★
問題:ピカピカに磨き上げられた、見た目には傷ひとつないガラス板を準備します。5種類の材質でできたおなじ大きさの球を準備します。ガラス・硬質プラスチック・鉄・金・アルミの球です。こちらもピカピカに磨き上げておきます。
■球をガラス板の上にころがします。いくらピカピカに磨きあげたといっても音はします。ゴロゴロとはいわないらしい。参考資料*1によるとシーッという高い音だそうです。
■さて問題です。5種類の球の中でいちばん高い音がするのはどれでしょうか?
[い]ガラス
[ろ]硬質プラスチック
[は]鉄
[に]金
[ほ]アルミ
(答えはずっと下↓ スクロールして下さい)

























★科学★
正解:どれもおなじ高さの音がする
説明:引っかけで申し訳ない。
■球が振動して音を出すわけではないらしい。ガラス板のほうが音を出すそうです。球の重さによって音の大きさは変わるかもしれません。でもおなじ周波数の音がでるので、音の高さは変わらないそうです。球をころがす速度を変えても、おなじ高さの音しかでないらしい。
■ボールには重力が働いています。ガラス板を押しつけます。圧力は「力/接触面積」だそうです。理想の球と理想の板ならば接点は1点です。理想の事例では接触面積がゼロかな。とすると圧力は無限大になるのかな。そんなわけないか。まっ、現実には有限の力で押されます。
■球やガラスがいくらかたくても接点では少し凹みます。球はガラス板の表面を凹ませながら進むわけですね。ガラス板には弾性波という振動が発生し、それが板の端で反射して定常波が立つそうです。
■定常波とは、Wikipediaによれば、「波長・周期(振動数または周波数)・振幅・速さ(速度の絶対値)が同じで進行方向が互いに逆向きの2つの波が重なり合うことによってできる波動」だそうです。「波形が進行せずその場に止まって振動しているようにみえる波動」でもあります。定在波(ていざいは)ともいうらしい。お寺の鐘が鳴るのは定常波だと聞いたことがあるな。
■定常波が立っているガラスの面を球が転がると、定常波を増幅するそうです。球とガラスとの接触は僅かです。定常波の立ったガラス面をボールが進むと、波の谷ではボールが面から離れます。山ではボールが面にぶつかります。ブランコをこいでいる子供の背中を親が押すような感じになるらしい。そしてガラス板に立つ定常波の振動数はガラス板の寸法で決ってしまうらしい。だから球の種類にかかわらず、あるいは球の速度にかかわらず、一定の音が聞こえるそうです。
■お寺の鐘の音が定常波だとすれば、木でついても金属棒でついてもおなじ音がするわけですね。楽器の音程を調整するときに使う音叉はいつもおなじ高さの音をだします。机の端で叩いても自分の頭で叩いてもおなじ高さの音です。音叉の振動も定常波らしい。
■レールも定常波を出すそうです。急行が通過するときの音も鈍行が通過するときの音もおなじ高さの音があるらしい。いままで気がつきませんでしたけどねぇ。
◆参考*1:書籍「日常の物理事典」初版216〜217頁、 近角聡信(ちかずみそうしん)著、ISBN4-490-10372-7、東京堂出版
◇*2HP「定常波 - Wikipedia」
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%AE%9A%E5%B8%B8%E6%B3%A2

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コメント(2件)

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どれだろう?と思っていたら・・・・ぜんぶ同じですか!やられた〜(~o~)でありますな。
材質が違えば、音の出方が違うような気がしますけどね〜ふしぎです。
ねこのひげ
2012/06/23 05:32
コメントをありがとうございます。

 この場合のガラス板の発する音は、音叉の音とおなじで一定の周波数の音がでるようです。
 じつは地球も定常波を出すそうです。雷の刺激で発するともいわれますが、はっきりしないらしい。
 とても小さな振動なので、身体で感ずるのは無理らしい。感じれば、地震かな、となるのかもしれませんけど。
いまのところ機械だけが検知するそうです。
(^^;)
ねこのひげ様<素町人
2012/06/23 07:38

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