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zoom RSS ガラス板を転がるビー玉や鉄球。音はどうすれば小さくなるの?

<<   作成日時 : 2017/05/19 07:31   >>

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★科学★
問題:音の話です。ガラスの板とビー玉、パチンコ球を用意します。 ガラス板の上にビー玉を軽く転がすと、わずかですがシーという音が聞こえます。
■この音はどうも耳障りです。せめてもう少し低い音なら、耐えられるかもしれません。では、より低い音にしたいとき、どうすればいいのでしょうか? 次の中から適切なやりかたを選んで下さい。(適切なやりかたは無いかもしれないし複数かもしれません)
[い]ビー玉をより速く転がす
[ろ]ビー玉をより遅く転がす
[は]パチンコ球にかえて速く転がす
[に]パチンコ球にかえて最初とおなじ速度で転がす
[ほ]パチンコ球にかえてより遅く転がす
(答えはずっと下↓ スクロールして下さい)

























★科学★
正解:どのやりかたでも音は変わらない
説明:ビー玉やパチンコ球がガラス板の上を転がります。球形が完全であればあるほど、ガラス板との接点は狭くなります。理想の材料で理想の平面と理想の球形であれば、1点で支えることになるわけですね。現実にはごく小さな面積で接触することになります。
■ビー玉やパチンコ球には重力が働きます。それが狭い範囲でガラス板に伝わります。わずかではありますが、ガラス板は接触部分が凹みます。玉や球はガラス板を凹ませながら進みます。ガラス板には弾性波が発生するそうです。弾性波というのは、「弾性体中を伝わる変形波」らしい。この場合は、ガラスがごくわずか変形しながら小さな波が発生するようです。
■弾性波は板の端で反射します。定常波が立つらしい。定常波というのは、「どちらの方向にも進行せず、その場で振動する波」だそうです。波長・周期・振幅が等しい2つの進行波が左右からやってきて波の重なり合わせによって合成されると、結果として定常波が生まれるとのこと。
■ガラス板とビー玉の場合、シーという音として聞こえるようです。定常波の周波数はガラス板の質、サイズ、温度などによって決まるらしい。転がるビー玉、あるいはパチンコ球などの種類や速度には無関係だそうです。選択肢にあげたやりかたでは、音を低くすることはできないらしい。
■列車の音がうるさい。生理的に受け付けられない騒音であると苦情を受けたとき、クレーマーの近辺にさしかかったら速度を落としてみます。でも音が定常波に原因があるならば、音の質そのものはあまりかわらないらしい。速度ゼロ、つまり止まれば音はしませんが、動いている限り、「嫌な音」は聞こえてしまうようです。
◆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 ■わかりやすい高校物理の部屋■」
http://wakariyasui.sakura.ne.jp/p/wave/housoku/teijyouha.html

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