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音の生成についての疑問と考察
- 音は分子同士がぶつかりあってエネルギーのむらを作り出す現象です。空気中の分子同士がぶつかり合うことでむらが生じ、振動する物体が分子をはじきはじかれて音が広がっていきます。
- 音は分子同士のぶつかりあいによるエネルギーの伝播です。振動する物体の速度よりも分子同士のぶつかり合いの速度が速いため、音が伝わることができます。
- 物体に衝撃を加えると振動が生じます。物体内の電子の存在によって物体の固有振動数が異なるため、電子の配置が固有振動数の要素となっています。
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質問者が選んだベストアンサー
空気分子は 平均 500m/s 位で飛び、平均 70 nm 毎に衝突します。 この運動が圧力を作り出すという意味では音波は分子の運動を原動力に 伝わるとはいえます。 ただし、こうした空気分子の振る舞いは、莫大な量の空気分子の 巨視的な動きを決めますが、「ムラ」などはすぐに平均化して なくなってしまいます。 われわれが音波といっているものは、もっともっと巨視的な、平均化した 量の波です。 音波では変位速度は 1μm/s、変位量は 10 nm 程度(もちろん音量により大きく変わります) これは空気分子の巨視的な量です。 こうした巨視的な量の振る舞いを扱うのが気体分子運動論です。
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- ufon
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全くの誤りです。 音は縦波ではありません。我々は空気中に存在する空気の圧力変化によって生じた縦波を耳を通して大脳で聴き、この聽いたものを音と定義しています。縦波を聴いて得られたものが音です。音と縦波は異なったものです。縦波は物理量、音は感覚量です。したがって質問内容ははっきりしません。
お礼
回答ありがとうございます
- Tann3
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残念ながら、全くの誤りです。 音とは、物体の振動です。空気中の縦波というのは、横に張った「ばね」をイメージすればよいと思います。ばねの端をちょっと引っ張って離すと、ビヨンビヨンとばねの伸縮が伝わって行きます。それが「音」です。 「音」として聞こえるのは、人間の耳の鼓膜を振動させると、それを人間が「音」として認識するからです。犬や鯨、イルカは、人間が音として認識しない「超音波」も「音」として認識するそうです。つまり、「音」と呼んでいるのは、それが人間にとって「聞こえると認識できるもの」だからです。 ＞(1)音は縦波ときいたのですがつまり音は空気中の分子同士がぶつかりあってできるエネルギーのむらってことですか？空間の分子の存在している量が分子同士がぶつかり合う事でむらが出来るというのを繰り返すという事でしょうか？ 違います。音は分子レベルの衝突などというミクロの現象ではなく、上に書いたようなマクロの現象です。 「ラジオの時報」（ポッ、ポッ、ポッ、ポ～ンというやつ）は440Hzですが、音速を340m/秒とすると、波長は約77cmです。その程度の「巨視的」な現象です。 ＞(2)振動を繰り返してる時の物体が動く速度より分子同士のぶつかりあって移動する速度の方が速いですよね？そうでないと音が伝わらないなぁと思いました 例えば、ギターなどの楽器で、弦をはじけば弦の振動が目に見えますよね。その速さが「空気」の圧力の「高い低い」を作り出し、空気の振動として伝搬して行くのです。 上に書いたように、音速（＝空気の振動として伝搬して行く速さ）は340m/秒程度ですが、例えば弦が440Hzで±1cmの幅で振動すれば、4m/秒程度の速さです。 「ばね」で考えれば分かるように、「振動するもの」は「伝搬する速さ」よりも小さな速度です。ここは質問者さんの考え方は正しいと思います。 ＞(3)物体に衝撃を加えると振動しますがその時の固有振動数は物体の中の電子の存在が異なるため固有振動数は違う。どういう事かというと物体に衝撃が加わったとき物体の中の原子同士が近づきあう。その時の電子同士で働く斥力で物体の原子同士は近づいたり遠くなったりする。そのため物体の中の電子達の存在の仕方とかは物体の固有振動数を決める一番大きな要素なのか？ （１）に書いたように、分子レベルの現象ではありません。ギターの弦で考えれば分かるように、固有振動数は弦の長さなどで決まります（長さだけではなく、材質、太さ、張力なども関係しますが、これらを同一にセットすれば、指で弦の長さを変えて音程を変えます）。コントラバスなどのように、100Hz以下の低い音を出すには、2m近い弦の長さが必要です。「分子」などとは関係のない巨視的な現象です。
お礼
回答ありがとうございました
- doc_somday
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１)確かに音は縦波で「疎密波」です、巨大な数の分子群がぶつかり合う、それが媒体だから 当たり前、でもあまり「ムラ」だとは思われていない、疎密波は確かに静謐を破るがそれが 「音」の正体だからおとしめても仕方がない。なお曲がったりする事は排除出来ないが ブーメランの様に曲がるのは「マクロ」でしか無理、ミクロでは分子間隙は真空だから 「風を切って」は全く無理。 ２)なんだか意味が取れない、もう少し「日本語」を磨き「ブレイクダウン」して下さい。 ３)これはミクロとマクロが混ざっている典型、振動が伝わる時はマクロだけで良い。 電子の出番はない。ここに電子を担ぎ込んじゃうとアボガドロ数を無視した議論 になってしまう。
お礼
回答ありがとうございます 私の上げたみっつの疑問がすべてそのとおりのままだったら一応頭の中で音が伝わっていくのを想像できたので（２）は１と２をつなげるためのものでした。 ３番がマクロの視点だけで振動が伝わり固有振動する場合どうなっているのか知りたかったです
補足
アボガドロ数 興味深いので調べさせてもらいます！
お礼
回答ありがとうございます ＜空気分子は 平均 500m/s 位で飛び、平均 70 nm 毎に衝突します。 この運動が圧力を作り出すという意味では音波は分子の運動を原動力に 伝わるとはいえます。 なるほど！