音は私たちの生活において重要な役割を果たしています。私たちの感覚器官の 1 つである耳は、私たちの周りの世界を聞く能力を与えてくれます。音は、情報を共有したり、アートを作成したり、人々と交流したり、仕事のスケジュールを調整したり、生活のさまざまな側面に不可欠です。
理解しましょう：
輪ゴムを取り、筆箱の長辺に巻き付けます。箱と伸ばしたゴムの間に鉛筆を2本入れます。輪ゴムを真ん中のどこかで引き抜きます。あなたは何を観察しますか？
きつく張ったバンドをはじくと、振動して音が出ます。振動が止まると音が出なくなります。物体が行ったり来たりする動きを振動と呼びます。
人間では、音は発声器または喉頭によって生成されます。喉に指を当てて、飲み込むときに動いているように見える固い隆起を見つけます。体のこの部分は声帯として知られています。 2本の声帯が声帯を横切って伸びており、その間に空気の通過のために狭いスリットが残されています。肺がスリットから空気を送り込むと、声帯が振動して音が出ます。声帯に付着した筋肉によって、声帯がきつくなったり緩んだりすることがあります。
男性、女性、子供の声が違うのはなぜ？
男性の声帯の長さは約20mmだからです。女性では、これらは約 5 mm 短くなっています。子供の声帯は非常に短いです。
私たちは耳から音を聞きます。耳の外側の形はじょうごのような形をしています。音が私たちの耳に入ると、鼓膜と呼ばれる薄くてしっかりと張られた膜が末端にある管を通って伝わります。音の振動は鼓膜を振動させます。鼓膜は振動を内耳に送り、そこから信号が脳に送られます。
音にはその伝播のための媒体が必要です。真空中を移動することはできません。これが、大気のない宇宙や月で2人の宇宙飛行士がお互いの声を聞くことができない理由です。音は固体、液体、気体の中を伝わることができます。その速度は、固体ではより速く、液体では遅く、気体ではさらに遅くなります。たとえば、鉄の中の音速は約 5000 m/s、水中では約 1500 m/s、空気中では約 330 m/s です。これは何を意味しますか？これは、粒子が近くにあるほど、音が速く伝わることを意味します。
音が媒質中をどのように伝わるか見てみましょう。
スピーカーから音楽を聴いていると想像してください。スピーカーからの音はどのように耳に届きますか？音は、移動するために物質を必要とするエネルギーの一形態です。音は、波または空気粒子の乱れとして伝わります。音楽が再生されているとき、スピーカーは振動しています。音楽がオフのとき、空気の層は静止していますが、スピーカーがオンのとき、振動がこれらの空気の層を乱します。粒子は、振動する物体から耳まで移動しません。振動する物体と接触している媒体の粒子は、最初にその平衡位置から変位します。次に、隣接する粒子に力を加えます。その結果、隣接する粒子は静止位置から移動します。隣接する粒子を移動させた後、最初の粒子は元の位置に戻ります。このプロセスは、音が耳に届くまで媒体内で続きます。これは、媒体中の音の伝播中に発生することであり、したがって、音は波として視覚化できます。
振動する物体が前方に移動すると、前方の空気を押して圧縮し、高圧の領域を作成します。この領域は圧縮 (C) と呼ばれます。この圧縮は、振動している物体から離れ始めます。振動する物体が後方に移動すると、希薄化 (R)と呼ばれる圧力の低い領域が作成されます。オブジェクトが急速に前後に移動すると、一連の圧縮と希薄化が空気中に作成されます。これらは、媒体を通って伝播する音波を作ります。圧縮は高圧の領域であり、希薄化は低圧の領域です。圧力は、特定の体積内の媒体の粒子数に関連しています。 1 つの完全な往復運動が 1 つの圧縮と 1 つの希薄化を形成し、これらが一緒になって 1 つの波を構成します。媒質の粒子が音の伝播方向の平均位置を中心に振動するこの波は、縦波と呼ばれます。
波に関連するいくつかの用語:
1)振幅:平均位置の両側での媒体の粒子の最大変位は、波の振幅と呼ばれます。それは文字 a で表され、その SI 単位はメートルです。
2)周期:媒質の粒子が振動を完了するのにかかる時間を、波の周期と呼びます。これは文字 T で表され、その SI 単位は秒です。
3)周波数:媒体の粒子が 1 秒間に振動する回数を波の周波数と呼びます。これは文字 f で表され、その SI 単位は秒-1またはヘルツ (Hz) です。
時間 T では波の数 = 1 なので、1 秒間の波の数または周波数は
\(f = \frac{1}{T}\)
4)波長:媒質の粒子が振動する 1 周期で波が進む距離を波長と呼び、記号 λ で表します。そのSI単位はメートルです。縦波では、2 つの連続する圧縮または 2 つの連続する希薄化の間の距離は 1 波長に等しくなります。
人間の耳には、毎秒約 20 回の振動 (20 Hz) 未満の周波数の音は検出できません。そのような音は聞こえないと呼ばれます。より高い側では、毎秒約 20,000 回の振動 (20 kHz) よりも高い周波数の音も、人間の耳には聞こえません。したがって、人間の耳の場合、可聴周波数の範囲はおおよそ 20 ～ 20,000 Hz です。犬などの一部の動物は、20,000 Hz を超える周波数の音を聞くことができます。
独自のひも電話を作成しましょう。
必要な材料: 紙コップ 2 個、約 2 フィートのひも、紙コップに穴を開けるための釘
1. 紙コップの底に釘で小さな穴をあける
2. ひもをカップに通し、結び目を作ります。長い弦を使って音が遠くまで伝わるようにする
3. 1 人が電話を耳に当て、もう 1 人がもう一方のカップに向かって話すことができます。弦をきつく締めないと、音波が正しく伝わりません。
それはどのように機能しますか？
音波は音が空気中で振動するときに作られます。このアクティビティでは、あなたの声がカップ内の空気を振動させ、それがカップの底に伝わります。カップの底は音波を弦に伝え、同様にもう一方のカップに伝えます。
