概念を理解する
* 波としての音: 音は機械的波として移動します。つまり、伝播するには媒体(空気、水、固体など)が必要です。音の速度は、その媒体の特性に依存します。
* 音の速度(v): これは、特定の時間内に音が移動する距離です。標準ユニットは毎秒1メートル(m/s)です。
音の速度を調査する方法
1。エコーメソッド(シンプル&クラシック)
* 原則: 音は(壁のように)表面から反射します。音が表面と背中に移動するのにかかる時間を測定することにより、速度を計算できます。
* 手順:
*大きな平らな表面(壁、建物)を見つけます。
*自分から表面までの距離(d)を測定します。
*手をたたくか、鋭い音を立てます。
*エコーが戻るのにどれくらい時間がかかるか(t)。
* 計算: v =2d / t(音は表面と背面に移動するので、距離を2倍にします)
2。共鳴チューブ法(より正確)
* 原則: 音波はチューブ内に共鳴し、特定の周波数で立っている波を作り出します。共鳴を生成するチューブの長さを測定することにより、音の速度を決定できます。
* 手順:
*長いチューブ(段階的なシリンダーなど)を使用します。
*チューブを水で満たし、水位を調整します。
*既知の周波数(f)のチューニングフォークを使用します。
*チューニングフォークを叩き、チューブの開いた端に保持します。
*大きな共鳴が聞こえるまで水位を調整します(音が増幅します)。
*共鳴時のチューブ内の空気柱の長さ(L)を測定します。
* 計算: v =2fl(空気柱の長さは、音波の4分の1波長に対応しています)
3。デジタルオシロスコープとマイク(高度)
* 原則: マイクを使用して音波とオシロスコープをキャプチャしてデジタルに表示します。これにより、音が既知の距離を移動するのにかかる時間を正確に測定できます。
* 手順:
*音源からマイクを既知の距離(d)にセットアップします。
*スピーカー、拍手、またはその他のソースを使用してシャープな音を生成します。
*マイクをデジタルオシロスコープに接続します。
*音波がソースからマイクに移動するのにかかる時間(t)を測定します。
* 計算: v =d / t
重要な考慮事項:
* 温度: 音の速度は温度とともに増加します。正確な結果を得るには、空気の温度を測定する必要があります。
* 湿度: 湿度が高いほど、音の速度がわずかに向上します。
* 空気圧: また、より高い圧力は音の速度をわずかに増加させます。
* 精度: エコー法は、一般に、共鳴チューブまたはデジタルオシロスコープ法よりも精度が低くなります。
例:
エコーメソッドを使用して測定するとしましょう。
*壁までの距離(d)=10メートル
*エコーが戻る時間(t)=0.058秒
式v =2d / tを使用:
* v =(2 * 10メートル) / 0.058秒
*V≈344.8m/s(室温での空気中の音速に近い)
これらの方法を使用して、音の速度に影響を与える要因を理解することにより、この重要な物理的特性を調査して決定できます。