音の速さを求めろっていう問題が分かんなくて…
ってか、音って速さがあるの？？
それでは、音の速さを求める公式を確認しておこう！
ってことで、今回の記事では中学理科で学習する「音」の単元から音の速さを求める問題について解説をしていきます。
音の速さ…
なんだか難しそうな響きなのですが
超簡単だ！！
なので、サクッと理解して問題を解けるようにしていこうぜ★
音の速さを求める公式、覚え方！
まずは、次のことを覚えておこう！
音は空気中をおよそ秒速340mの速さで進みます。
つまり、340m離れたところで音を発生させると
1秒後にようやく音が聞こえるって感じだね。
あーたしかに
遠くで鳴ってる音って、遅れて聞こえるよね
音が進んでくるのに時間がかかっているからなんだね。
中学の理科では、空気中での音の速さはおよそ秒速340mだ！って覚えておけば大丈夫です。
だけど、厳密にいうとちょっとだけ違ってですね
実は、気温に違いによって音の速さも少しだけ変化します。
こんな感じで、気温が高いほうが音は速くなるんですね。
どれだけ速くなるのかといえば
気温が1℃高くなると、秒速0.6mだけ速くなる！
ってことです。
これを公式として、まとめた音の速さを求める式がコレ！
音の速さを求める公式
$$音の速さ=331.5+0.6\times (気温)$$
おっと…難しそうな式が出てきたぞ…
いや、すっごくシンプルな公式だよ！
ちょっと例題を見ておこう。
10℃における大気中の音の速さを求めましょう。
10℃を公式にあてはめると
$$V=331.5+0.6\times 10=337.5$$
よって、秒速337.5mとなります。
めっちゃ簡単だった！
安心しましたｗ
まぁ、中学理科では15℃の気温のとき
$$331.5+0.6\times 15=340.5$$
というのは基準として考えていくので、空気中ではおよそ秒速340mだと覚えておけば大丈夫だよ(^^)
ちなみに！
空気中では、音は秒速340mの速さで進むけど、水の中ではどれくらいの速さで進むかわかるかな？？
水の中だと進みにくそうなイメージだから…
音の速さは遅くなるのかな？？
って思いがちなんだけど…
これは逆なんですね！
水の中のほうが音は速く進むことができます。
水の中ではおよそ秒速1500mの速さで音は進みます。
マジすか！！
めっちゃ速いですね。空気中の約4、5倍！
音っていうのは、何かを振動させ耳に届くのでしたね。
だから、空気中と水の中を比べてみると、水の中のほうが振動を伝えるものがたくさんあるので、その分だけ音も速く進んでいくってことなのです。
うん、ちょっとイメージできたかも♪
音は空気中では、およそ秒速340mの速さで進む。
気温が高いほど、音は速く進むようになり厳密に数字を求めると
$$音の速さ=331.5+0.6\times (気温)$$
という公式で求めることができます。
また、音は空気中よりも水中のほうが速く進む。
水中では、およそ秒速1500mの速さで音は進んでいきます。
音の速さと光の速さ【雷の現象】
音の速さを考えるとき、同時に知っておいてもらいたいのが光の速さです。
音は空気中で、およそ秒速340mの速さで進むのに対して、光の速さはなんと…
秒速30万㎞！！
さ、30万！？
しかも、㎞じゃん！
まじハンパねぇ…
秒速30万㎞というのは、1秒間に地球を7周半くらい進むことができるってこと。
んー、想像がつかないレベルだね
つまり、音と光では速さが全然違う！ってことがわかるね。
そして、この両者の速さの違いによって引き起こされる現象があります。
それが、雷や花火で誰もが経験したことのある
これですね。
ぴかっと光ったあと、しばらくしてからゴロゴロ…と音が聞こえてきます。
これは光と音の速さが異なるため起こる現象なのです。
光のほうがスピードが速いので、すぐ目に届きます。
そのため、まず雷が光ったことを認識します。
その後、音が遅れて耳に届きます。
ここでようやく、雷の音を認識することができます。
だから、ぴかっと光ったあとに遅れてゴロゴロと音が聞こえてくるわけですね。
へぇ～雷ってそういうもんだとしか思ってなかったｗ
だけど、光と音の速さが関係していたなんて…
理科の勉強もタメになるもんだなぁ
音の速さに関する問題の解き方
では、音の速さについての知識を深めたところで！
ここからはテストの点数をアップさせるためのお勉強だ！
実際にどのような形で問題が出題されるのかを見ていきましょう。
「みはじ」を使って音の速さを求める問題
680mはなれた場所で雷が鳴ったとき、雷が光ってから2秒後にゴロゴロと音が聞こえた。このときの音の速さを求めなさい。
距離と時間が分かっている場合には、「み・は・じ」を使って考えよう！
$$速さ=\frac{道のり}{時間}$$
この式を使って考えると
$$音の速さ=\frac{680}{2}=340$$
よって、秒速340mとなります。
答え
$$秒速340m$$
音の速さから距離を求める問題
花火が開くときの光が見えてから、音が聞こえるまで3秒かかったとすると、その花火が開いた場所から音が聞こえた場所までの距離を求めなさい。ただし、音の速さは秒速340mとする。
ここでも、「みはじ」を使って考えす。
$$道のり=速さ\times 時間$$
この式を使って考えると
$$距離=340\times 3=1020$$
よって、1020mとなります。
答え
$$1020m$$
音の反射を考える問題
車がクラクションを鳴らしたら4秒後に反響が聞こえた。音の速さを秒速340mとして、車と壁までの距離を求めなさい。
反響が聞こえたというのは
このように音が車⇒壁、壁⇒車と進んだってこと。
なので、4秒間で音が進んだ距離を求めて、それを半分にすれば車と壁との距離を求めることができます。
$$340\times 4\times \frac{1}{2}=680$$
よって、車と壁との距離は680mとなります。
答え
$$680m$$
音の反射を考える問題（車が動く）
車がクラクションを鳴らしたら4秒後に反響が聞こえた。車が壁に向かって秒速10mの速さで進んでいた場合、音の速さを秒速340mとして、車と壁までの距離を求めなさい。
車が壁に向かって進んでいるので、反響が聞こえたというのは
このような状況になります。
音が壁に反射して車に届くまでに進んだ距離
車の進んだ距離を合計すると、車と壁の往復距離を求めることができます。
音が4秒間の間に進んだ距離は
$$340\times 4=1360m$$
車が4秒間に進んだ距離は
$$10\times 4=40m$$
よって、車と壁までの往復距離は \(1360+40=1400m\) となります。
これを半分にすれば、車と壁までの距離を求めることができます。
$$1400\div 2=700m$$
よって、車と壁との距離は700mとなります。
答え
$$700m$$
音の速さ【まとめ】
OK、OK！
だいたい理解したよ♪
音の速さは、やっぱり計算問題が多いね
「みはじ」を使った計算や音の反射について、よく理解しておいてね！