音の伝播速度

質問

音速とその媒体である風速の関係がわかりません。音速の340m/sというのは何に対しての速度でしょうか？

ドップラー効果とかあるとややこしいので単発のパルス音の伝播で考えます。

まず音が伝わる空間中の風速0m/sであっても風速10m/sであっても音速は同じ340m/sという事でよろしいでしょうか？
であれば媒体の速度は乗っかっていないことになります。

地球の赤道上では自転によって480m/sで大気は移動していますが、すると自転方向に音が伝わると宇宙空間からみれば820m/sになってしまいます。つまり媒体の移動速度が乗っかってしまいます。

音の波は単なる粗密の変化率なのでその伝播速度は媒体自身の移動は無関係だとか、音源が移動すればドップラー効果が起きるのは分りますが、音波自身の伝播速度が

何を基準に決まっているのでしょうか？

回答No.6

noname#212313 · ベストアンサー

以下、音速は音が実際に伝わる速さとします（超音速ジェット機の速度等ではない）。音源から観測者に向かう音の速さということですね。

> まず音が伝わる空間中の風速0m/sであっても風速10m/sであっても音速は同じ340m/sという事でよろしいでしょうか？

　いいえ、違います。

> 地球の赤道上では自転によって480m/sで大気は移動していますが、すると自転方向に音が伝わると宇宙空間からみれば820m/sになってしまいます。つまり媒体の移動速度が乗っかってしまいます。

　基準が宇宙空間なのであれば、大気の動く向きの音速は、その通りです。逆方向の音速は、480-340＝160m/sです。媒質の移動速度は音速にダイレクトに影響するのです。

> 音の波は単なる粗密の変化率なのでその伝播速度は媒体自身の移動は無関係だとか、音源が移動すればドップラー効果が起きるのは分りますが、

　繰り返すようですが、媒質の移動、つまり風は音速に関わります。

　単純化のため1次元で考えるとして、無風状態の音速がv、風速がVだとすると、音速はv±Vです。プラスは音源から観測者に向って吹く風の場合、マイナスは観測者から音源に向って吹く風の場合です。

　音速に影響しないのは、音源の移動速度（単純化のため音速より遅いとしておきます）です。

> 音波自身の伝播速度が何を基準に決まっているのでしょうか？

　音源から観測者までの距離を、音が伝わるために要した時間で除算したものです。

　以上は実際に音が伝わる速さという意味の音速で説明しました。混乱しやすい点としては、音速という用語がしばしば「常温1気圧での無風状態での音の伝わる速さ」という意味で使われることでしょうか（さらに、媒質が空気ではなく、特定の液体や固体だったりもする）。速度の単位として使われる場合があるということです。「マッハ」という速さの単位がそうですね。

　ですので、「音源から観測者に向って170m/sの風が吹いているときの音の伝わる速さは、音速より170m/s速い、マッハ1.5である」というような表現をすることがあります。

　音速という用語が、実際に音の伝わる速さを言っているのか、無風状態での音の伝わる速さを基準とする速度の単位で言っているか、「音速」という言葉が使われた文脈や状況からしっかり読み取ることが必要です。

お礼

丁寧なご説明ありがとうございます。

回答No.7

foomufoomu

>音速の340m/sというのは何に対しての速度でしょうか？
空気に対する速度です。媒質の中を伝わる物理的な振動は、媒質に対しての速度になります。

なので、風速10ｍの追い風では340m離れた所にいる人の間を音が伝わる時間は0.97秒になります。
しかし、その2人が共に静止しているなら、ドップラー効果は起きません。１秒間に千回振動する音は音速が速くなってもやはり千回の振動だからです。
ドップラー効果は2人の相対速度が０でないときにおきます。

(この程度の話に相対性理論を持ち出さないでね)

お礼

ご回答ありがとうございます。ドップラー効果が起こるのは発信者と媒質の相対速度がゼロではない時ですね。

回答No.5

chie65535

＞まず音が伝わる空間中の風速0m/sであっても風速10m/sであっても音速は同じ340m/sという事でよろしいでしょうか？

空気がどのように動いていても「音速」は「だいたい340m/s」です。

音速は、気温、湿度などによって変化しますが、ここでは無視します。

＞であれば媒体の速度は乗っかっていないことになります。

「乗っかっているか、乗っかっていないか」って話は「観察者から見ての相対速度とするか、相対速度としないか」って話なので「音速」とは話が違います。

止まっている空気の中で、止まっている物体が音を出した時、音は「音源から見て速度340m/sで広がっていく」のですが、この時、観察者が「真西に10m/sで移動」していたら、どうなるでしょう？

観察者がどのように移動していても「音速が340m/s」である事は変わりません。

次に、10m/sで真東に風が吹いている時に、10m/sで真東に進んでいる物体(つまり、空気と一緒に動いている物体)が音を出した時、音は「音源から見て速度340m/sで広がっていく」のですが、この時、観察者が「静止」していたら、どうなるでしょう？

観察者が静止していても「音速が340m/s」である事は変わりません。

そして、上記２つの例は「相対的に見れば、まったく同じ状態」です。

つまり「乗っかっているか、乗っかっていないか」って話は「音速とは無関係の話」なのです。

＞宇宙空間からみれば820m/sになってしまいます。つまり媒体の移動速度が乗っかってしまいます。

もし「乗っけないといけない」なら「銀河系が回転している」ので、その回転速度も乗っけないといけませんし、宇宙は膨張している（という説が有力な）ので、膨張速度も乗っけないといけませんね(笑)

お礼

ご回答ありがとうございます。

回答No.4

kagakusuki

回答No.3です。
　先程の回答において、投稿前に回答文の内容の修正した際に、必要のない部分の一部を消し忘れておりました。

×　地面を基準にした際の音が進行して行く速度は風速の影響を受けますので、音が発せられてから1秒後には、音は風下には"地面に対して"350m/sで進みますし、風上には"地面に対して"330m/sで進みますが、

○　地面を基準にした際の音が進行して行く速度は風速の影響を受けますので、音は風下には"地面に対して"350m/sで進みますし、風上には"地面に対して"330m/sで進みますが、

お礼

ご回答ありがとうございます。

回答No.3

kagakusuki

音速とは、その音の媒体に対する速度の事です。
　音速が340m/sで風速10m/sという条件の場合、地面を基準にした際の音が進行して行く速度は風速の影響を受けますので、音が発せられてから1秒後には、音は風下には"地面に対して"350m/sで進みますし、風上には"地面に対して"330m/sで進みますが、これらは対地速度であって、「音の媒体(この場合は空気)に対する速度」ではありませんから、音速が350m/sや330m/sになったという事ではありません。
　この場合の音速とは、あくまでも「空気に対する速度」なのですから音速は340m/sのままなのです。

お礼

明確なご回答ありがとうございます。

回答No.2

shintaro-2

>音速とその媒体である風速の関係がわかりません。音速の340m/sというのは何に対しての速度でしょうか？

発信源に対して、あるいは地面に対してです。

>まず音が伝わる空間中の風速0m/sであっても風速10m/sであっても音速は同じ340m/sという事でよろしいでしょうか？

多分違うでしょう。

>地球の赤道上では自転によって480m/sで大気は移動していますが、すると自転方向に音が伝わると宇宙空間からみれば820m/sになってしまいます。

少なくとも地面付近では移動していません。
地面に対する相対速度、つまり風速は０です。

okwaveの中でも過去に何度も質問されているようですので、
一度検索されては如何？

参考URL：

https://www.mhi.co.jp/technology/review/pdf/363/363158.pdf

お礼

ご回答ありがとうございます。

回答No.1

WDY

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9F%B3%E9%80%9F
480m/sに一番近いのは水蒸気みたいですね

音速は温度や媒体により変わります。

科学のほとんどの場合
1気圧
1G（地球を基準）
1度（水）
距離（地球を基準：円周を4万Km）
速度（真空を基準）
を基準にしていますが媒体や条件が変われば当然変わります。

お礼

ご回答ありがとうございます。