音速は音源の移動に無関係に一定なのでしょうか。

質問

音速は音源の移動に無関係に一定なのでしょうか。
例えば外宣車が猛スピードで通り過ぎたらその前後で調子が変りますが、これはドップラー効果というのですね。周波数は前後で変っても、音波の速度は変らないような気がします。
もうひとつの思考実験として、猛烈な高速気流を発生する風洞の中で音を発生したら、流れの前後で音速は変るのかという質問です。流れの先では速くなるような気もします。

同じ波の移動ということでは、光速は光源の移動に関わらず一定であるという法則に近似していると思うのですがこれは間違った思考方法でしょうか？

回答No.8

ytakashi

気になる点が有りますので投稿させて頂きました。
質問に対して回答がズレているのではないかと感じます。

質問は大きく分けて２つだと思います。
１つは、音速と音源の移動に関する質問。
２つ目は、それらの音の現象が光速と光源の移動の特性などの法則と良く似ていると感じるけれど、この両者の持つ変化の性質や法則が近似しているという思考は間違いでしょうかと言う質問。

つまり、音と光は全く別な物であり、その現象自体も別々の物である事は重々分かっているけれど、音速と音源の移動の関係と、光速と光源の移動の関係は異質な物である筈なのに良く似ていると感じるのは自分だけの間違った思考なのでしょうか、というご質問なのだと思います。

しかし、多くの回答は「音と光その物の違いの説明」や「音と光の起こす法則や性質の違いの説明」になってしまっているのではないかと感じました。

他にも的確に回答されている方がいましたが、私も回答をさせて頂くとすれば「単純には凄く似ている」と感じます。

質問者様を含めて多くの方が、回答、お礼、捕捉などで色々な難しい解説や議論をして、音と光の違いや音と光の特性に付いて説明や話合いをしなければならない事が、逆にこの両者の「法則が近似している」という事を証明しているのではないかと思います。
(言うなれば、DNAは全く違う異なった生物なのに、外見が凄く良く似ているというお話に近い？)

前後しますが。
>周波数は前後で変っても、音波の速度は変らないような気がします。
私の答えは「変わらない」となります。
質問者様のお考えの通りで、周波数が変わっているだけで音速は変わっていません。

>猛烈な高速気流を発生する風洞の中で音を発生したら、流れの前後で音速は変るのかという質問です。
私の答えは「変わらない」となります。

バラバラな方向に強い風が吹いた時に音が変化するのは、音が風に流されて何処かに飛んでいってしまうからではなく、風速が変化したり風向が変化するとその付近の気圧が変化するので、この気圧変化によって音速が変化するからです。

風下に立っていると音が早く聞こえる事は無く、超強風の時に風上に立っていたとしても、いつまで経っても音が聞こえてこないという事も起こりません。

ソニックブームは音源が音速に追いついた時に、音源の発した音が一枚の壁に当たったように重なり合って激しい衝撃波を発生する現象です。
音源の速度が音速に影響を与えるのであれば、どこまで加速しても永遠にソニックブームは発生しません。

音速を超えて飛ぶと戦闘機のエンジン音は聞こえない筈ですが、実際には聞こえます。
エンジン音が空中を伝わってくるのではなく、機体を伝わって来るためにパイロットや乗客にはエンジン音が聞こえるのです。
他の機のエンジン音が聞こえるのは、後ろにいる場合だけ、又は追い抜かれる時だけですが、いつも聞こえていると勘違いしていると思われます。

光に付いて、音源速＋音速や光源速＋光速という、プラスの場合しか論議されていませんが、光速で飛行するロケットから後方に向けて懐中電灯を照らすと懐中電灯の光は前に進めないのかという、光速マイナス光速を考えてみるのも面白いと思います。
これは、実際には光は発せられるらしいのですが、特殊相対性理論とかの難しいお話になるのかも知れません。

同じように、音源が音速で進行する時に、進行方向に対して音源速＋音速となるのであれば、音速で飛行する戦闘機の後方で静止している人には永遠にエンジン音は聞こえて来ないはずです。(後方に向ってはマイナスの作用が働き、懐中電灯の光と同じで音が後ろに進めないと考えた場合。実際には聞こえますが、こんな所も音と光の法則が近似していると感じられる部分なのかも知れません)

どなたかが、「変わらないような気がします」とか「体験した事が無い」等の人間の感覚は当てにならないと言っておられますが、私は違うと思います。

事前のシミュレーションや計算と実際の実験の結果が違っていたと言う事は過去にも度々あったと思います。
光速で起こる現象は全て頭の中や卓上で考えたり計算したりして導かれた仮説であって、誰も体験した事が無いですし、実際に実験する事も出来ません。
相対性理論や特殊相対性理論だって実際にテストは出来ませんので、相対性理論事態が正しいのかさえ誰にも証明は出来ません。

明確な答えはどこにも無く「体験した事が無い」ものは誰にも分からない、「変わらないような気がします」というファジーな感覚こそが質問者様の今回のご質問の回答に適合する答えなのではないかと思います。

変わらない気がする。
早くなるような気がする
似ているように思える。
これらの表現こそが、このご質問の回答として一番近い物なのでは無いかと思います。

お礼

ご丁寧なご回答ありがとうございました。
確かに、ご指摘の通りこれまでの皆様の回答は的に当たっていない面が多いです。
ytakashi様のご回答は、私のオリジナルの質問にぴたりと適合しています。
痒いところにようやく手が届いたという感じで、その点からは大いに感激させていただきました。
ありがとうございました。

ただ、これは私自身の責任なのですが、こうしたねじれた質疑を繰り返しているうちに、私自身もおかげさまでいろいろ気づかされて考えが進んできたということがあって、これを矯正するためには、一旦このスレを閉じ、改めて出直さねばならないのではないか、と思い始めているところです。
音に関して、回答者様のお考えは私のものと全く一致しました。
光の振る舞いに関して、様々な特殊相対性理論に関する解説を読んできましたが、いまひとつ、肝心なところでごまかされているような気がして釈然としなかったものです。
＞光速で起こる現象は全て頭の中や卓上で考えたり計算したりして導かれた仮説であって、誰も体験した事が無いですし、実際に実験する事も出来ません。
確かにその通りなのですが、仮説にも仮説なりのすっきり感というか、うん、そうだなーという納得感がなければと思うものです。音と光との相似がそれをうまく整理して説明してくれるかもしれないと思ったのがこの質問の動機だったのですが、もう少し質問を工夫して出直しますので、そのときはまたよろしくお願いいたします。