中学理科中学1年生物理

音の伝わり方｜振幅・振動数と音の速さの計算【中1理科】

中1理科の「音」を図でやさしく。音は物の振動が伝わること、真空では伝わらない理由、音の速さ約340m/sで雷までの距離を計算する方法、音の大きさ（振幅）と高さ（振動数）の波形の見方まで。算数の速さとつなげて、波形のグラフも読めるようになります。

「いなずまが光ってから、少しおくれてゴロゴロ鳴るのはなぜ？」——その答えが音の速さです。音は中1理科の入り口でつまずきやすい単元ですが、正体は「物の振動が伝わる」というだけ。速さの計算は算数の速さそのもので、音の大きさ・高さも波形の図を見れば一目でわかります。

音はどう伝わる？——振動が伝わる

音は、物が振動することで生まれます（音を出すもの＝音源・発音体）。その振動が、まわりの空気を次々にゆらして伝わり、わたしたちの耳（鼓膜）をふるわせます。

たとえば音さをたたくと、震えながら音が出ます。手で押さえて振動を止めると、音も止まります。振動＝音なのです。糸電話で声が伝わるのも、糸の振動が伝わるから。宇宙（真空）で音が聞こえないのは、振動を伝える物質がないためです。

音の速さと「雷までの距離」

音は空気中を約 $340$ m/s（秒速340メートル）で進みます。これは光（約 $30$ 万 km/s）よりずっとおそい。だから、いなずまは光ってから音が遅れて届きます。

光は一瞬で届くので、「光ってから音が鳴るまでの秒数」をはかれば、雷までの距離がわかります。

これは算数の速さ・道のり・時間そのもの。「速さ×時間＝距離」「距離÷速さ＝時間」を行き来するだけです。

音の大きさ＝振幅

音の「大きさ（音量）」は、振動のゆれはば＝振幅で決まります。オシロスコープで波形を見ると一目です。

振幅（波の高さ）が大きいほど、大きい音。弦を強くはじく、太鼓を強くたたくと、振動のゆれが大きくなって音も大きくなります。波の横方向の細かさ（次に出てくる振動数）は変わりません。

音の高さ＝振動数

音の「高さ」は、$1$ 秒間に振動する回数＝振動数で決まります。単位は Hz（ヘルツ）。

振動数が多い（波が密）ほど高い音、少ない（波がまばら）ほど低い音です。弦を短く・細く・強く張ると振動数が増えて高くなります。なお、音の大きさを決める振幅とは別もの——大きい音でも低いことも、小さい音でも高いこともあります。

セナ

「大きい音」と「高い音」って同じじゃないの？ どこがちがうの？

ホクト先生

ぜんぜんちがうよ！ 大きさ＝振幅、高さ＝振動数。たとえば大だいこを強くたたくと「大きいけど低い音」、笛をそっとふくと「小さいけど高い音」。波形で見ると、大きさは波の高さ（たて）、高さは波の細かさ（よこ）。2つは別々に変えられるんだ。

よくある間違い

やってみよう（練習問題）

音は振動が伝わるもの。大きさは振幅、高さは振動数、速さは約340m/s。——この3つさえ押さえれば、波形を読むのも、雷までの距離を出すのも、同じ考え方で進められます。