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音速とは何ですか?彼らはそれをどのように見つけましたか?



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音速とは何ですか?彼らはそれをどのように見つけましたか?

何年もの間、哲学者は、「木が森に落ちて、それを聞く人が誰もいない場合、それは音を立てますか?」と尋ねました。科学者たちはその質問に答え、その音がどれだけ速く伝わるかを理解し続けました。その速度の計算は、思ったほど簡単ではありませんでした。光の速度とは異なり、音の速度は一定ではなく、さまざまな変数によって光の移動速度が変わります。科学者たちは、ソプラノの声であろうと、地面にぶつかる木であろうと、音がどのように機能するかを忍耐強く理解しました。



音とは?

将来/ゲッティイメージズ

音は振動によって生み出されるエネルギーです。オブジェクトが振動すると、周囲の粒子が振動し、その結果、より多くの粒子が振動します。これは音波です。たとえば、木が地面に倒れた場合、その着陸によって引き起こされる振動が音波を生成します。音波はエネルギーがなくなるまで続き、波の範囲内に耳があれば、実際に聞こえます。



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音速とは何ですか?

グラフ

音速について話すとき、ほとんどの人は音波が空中を伝わる速度について言及しています。華氏68度の温度で、乾燥した環境では、音速は時速約767マイルです。速度は温度によって変化し、空気中に存在するガスによっても異なります。





文字列の法則

イタリア、ローマのピタゴラス(ピタゴラス)の像

紀元前6世紀、哲学者、数学者、リラ奏者のピタゴラスは、音のしくみの調査に時間を費やしました。伝説によると、彼の音に関する研究は、鍛冶屋でさまざまなサイズのハンマーがさまざまな音色を作り出す方法を見て触発されたということです。彼のリラの弦の長さを実験することで、周波数が弦の長さに反比例するという彼の発見に影響を与えた可能性が高いです。それは弦の最初の法則として知られており、音波について最初に録音された作品の一部です。



アイザックニュートン卿

TonyBaggett /ゲッティイメージズ

アイザックニュートン卿は、音の速度を最初に発表しました。ニュートンはトリニティカレッジの列柱に立って手をたたき、音が耳に響くまでにかかる時間を測定しました。最新の測定機器がなければ、彼は振り子を使って時間を測定していました。 Principia Mathematicaで発表された彼の数字は、約15パーセントずれていました。ニュートンが開発した公式は、ピエール・シモン・ラプラスによって改良され、ニュートン・ラプラス方程式として知られています。



銃声による音速の測定

銃声左折道路標識

1700年代初頭、ウィリアム・ダーラム牧師は音速を測定するための実験を行いました。彼が望遠鏡のある塔に立っている間、助手は多くの地元のランドマークに銃を撃ちました。ダーラムは銃声の閃光を観察し、振り子を使用して音が聞こえるまでにかかった時間を測定しました。彼は関係する距離を知っていたので、音速を計算することができ、最も早い合理的に正確な推定値と見なされます。



クントの管で音速を測定する

pixalot /ゲッティイメージズ

アウグスト・クントは1866年にクントの管を発明しました。この装置は、少量の微粉末を含む透明な管で構成されています。チューブの一端で音が発生すると、音波によって粉末が移動します。波長に応じて、チューブ内に等間隔で沈降します。粉末の山の間の距離を測定することで、音速を計算することができます。クントの管にさまざまなガスを充填すると、さまざまな媒体で音速を測定できます。



マイクで音速を測定する

スタンド付きマイク、クローズアップ

今日の音速を測定する最も簡単な方法は、2つのマイクを使用することです。基本的なコンセプトはダーラムのショットガンと同じですが、ストップウォッチと高速録音デバイスにより、音源と測定デバイスの間の距離を短くすることができます。音はショットガンブラストよりも柔らかくすることもできます。



高度の影響

lzf /ゲッティイメージズ

温度は音速に最も大きな影響を及ぼします。一定の組成を持つ任意の理想気体では、音速は温度にのみ依存します。気温が下がると音が遅くなります。つまり、高度が高くなると音波の動きが遅くなります。これが、一般的な音速が海面で測定され、特定の温度に基づいている理由です。

さまざまな物質の音

THEPALMER /ゲッティイメージズ

音は粒子の振動によって生成されるため、通過するには媒体が必要です。これは、真空中に音がないことを意味しますが、音が空気以外の物質を通って移動する可能性があることも意味します。実際、音はガスの中を最もゆっくりと移動します。水中では4倍以上、鉄では15倍速く動きます。

音の壁を破る

vtwinpixel /ゲッティイメージズ

初期の航空エンジニアは、音速はそれを超えることは不可能であると信じていましたが、人工物は何世紀も前に最初にそれを破りました。ブルウィップから聞こえる亀裂はソニックブームであり、初期の弾丸でさえ音速よりも速く移動しました。チャック・イェーガーは、1947年に水平飛行で音より速く飛ぶ最初の人になりました。2012年に、フェリックス・バウムガルトナーは、12万フィートからパラシュートで降下したときに、車両なしで音より速く飛ぶ最初の人になりました。