音速
グラウンドに並んだ人たちが、隣の人の肩をポンポンと叩いて合図を伝えていく速さのことです。
定義 音が空気や水、固体などの「媒質(波を伝える物質)」の中を伝わっていく速さのことです。音は物質をつくる粒(分子)同士がぶつかり合って振動を伝える仕組みで進むため、周りの環境や物質の状態によって進むスピードが大きく変わります。
雷が光った後にゴロゴロと音が聞こえる理由
雨の日に空でピカッと稲光が走った後、少し遅れてゴロゴロと雷鳴が響いた経験があると思います。稲妻と雷鳴は雲の中でまったく同じ瞬間に発生しているのに、なぜ時間差で届くのでしょうか?
その理由は、光と音が私たちの目や耳に届くスピードがまったく違うからです。光は1秒間に地球を7周半も回るほど圧倒的な速さですが、音は空気中を1秒間に約340メートルしか進めません。
つまり、ピカッと光った瞬間から秒数を数えて3秒後に音が聞こえたら、その雷は約1キロメートル離れた場所で落ちたことになります。音は目に見えませんが、いつでも決まった速さで空気をかき分けながら走るメッセンジャーのような役割を果たしています。
水中や鉄パイプの中では、音はもっと速くなります
真空の宇宙空間では、どれほど大声で叫んでも音はまったく伝わりません。音を伝える空気の粒が存在しないからです。映画でよくある宇宙船の爆発音は、科学的には実際には聞こえないはずの音なのです。
音は、物質をつくる小さな粒子が隣の粒子をポンと押して元の位置に戻る「振動のバケツリレー」です。そのため、粒子同士がぎゅっと詰まって密着しているほど、隣へ合図をすばやくパスできます。
空気中よりも粒子が密集している水中では音が約4倍速く伝わり、鉄や鋼のような硬い固体の中では空気中のなんと約15倍もの速さで伝わります。西部劇の映画で、遠くから近づいてくる列車の音をいち早く察知するために線路のレールに耳をぴったり当てていた理由がまさにこれです。
もう少し詳しく言うと、気温によっても変わります
一般に「音速」というと秒速340メートルという決まった数値を思い浮かべがちですが、空気中を進む音の速さは周囲の気温によって刻々と変化します。
気温が上がると、空気の分子が熱エネルギーを吸収して以前よりずっと活発に素早く動き回ります。分子自身が激しく動くため、隣の分子にぶつかって振動を伝えるまでの時間も短縮されるのです。
実際、気温が0℃のとき音は1秒間に約331.5メートル進みますが、温度が1℃上がるごとに秒速約0.6メートルずつ速くなります。私たちが教科書などで音速の代表値として習う「秒速340メートル」は、実は気温15℃前後の過ごしやすい空気を基準にした数値なのです。
🤔 よくある誤解
音の速さは、いつでもどこでも常に一定である。
音の速さは、通り抜ける物質(空気・水・固体)の密度や弾性、さらには周囲の気温によって変化します。
宇宙空間でも、大きな惑星が爆発すれば轟音が鳴り響く。
音は物質の粒子の振動によって伝わるため、伝える分子がまったくない宇宙の真空状態ではどんな音も伝わりません。
🧺 日常で出会う場面
音は物質の粒子の振動によって伝わり、粒子が密に詰まった固体ほど、また気温が高いほど速く進みます。