どうして、水の中でも音が聞こえるの？

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水がバネのようになって、音の振動を伝えていくことができるんです

こんにちは、みんなの科学研究所の蛯原ようすけと申します。

おとなとこどものやさしい理科と科学のブログです。

プールで遊んだりした時、水中でしゃべると声が聞こえますね。

水中にもぐっている時に、水中で何かをたたくとやっぱり音が聞こえます。

シンクロナイズドスイミング選手はプールの中で音楽を聞いています。

どうも、音は水の中も伝わっていくようです。

私たちは普通、空気の中を伝わってくる音を聞いていますが、
水中で聞こえる音は、どうやって聞こえてくるのでしょうか。

ちょっと詳しく知りたくなりますね。

水の中の音を考える前に、空気の中の音を考えてみます。

空気は分解していくと、空気分子(ぶんし)というミクロの粒粒になります。

私たちは音が聞こえたというとき、

空気分子(ぶんし)の振動(しんどう)を耳の中の細胞(さいぼう)で感じとって、
耳の中の細胞(さいぼう)が、脳に電気信号を送って、
脳の中で、信号を組み合わせて、音が聞こえたことが分かります。

空気の振動(しんどう)は、空気分子(ぶんし)の粒の濃い所と薄い所が交互にできる波で、
音波(おんぱ)ともいいます。

空気分子(ぶんし)の濃いところと薄いところができて、音波(おんぱ)が進んで行くには、
空気を作っている空気分子(ぶんし)が次々と動いて、伝わっていくんですね。

次に水の中では、どうでしょうか。
水は、分解していくと水分子(ぶんし)というミクロの粒粒になります。
水分子(ぶんし)は小さすぎて見えませんが、ちゃんとあります。

液体の水の中では、水分子(ぶんし)どうしが電気の力で引き合って、
バラバラにならないでゆる～く手をつないで集まっています。

水分子(ぶんし)が手をつないでいるので、

水分子(ぶんし)の濃い所と、薄い所が次々にできて、
音波(おんぱ)は水の中でも伝わっていくことができます。

どこかで水分子(ぶんし)が動いたら、
ちょっと遅れながら、それをもとに戻そうとして、
また次の水分子(ぶんし)が動く・・を繰り返していくんですね。

ちょっと遅れるのは、水分子(ぶんし)どうしが、ゆる～く手をつないでいるので、

もとに戻そうとするのにクッションみたいになってしまうせいなんですね。

水分子(ぶんし)どうしがやわらかいバネでつながっている感じなのですね。

空気の中を音波(おんぱ)が伝わる場合にはどうかというと、

空気の中を空気分子(ぶんし)がひとりぼっちで飛び回っていて、
空気分子(ぶんし)どうしにスキマがあります。

どこかに空気分子(ぶんし)の濃いことろができても、
もとに戻そうとする動きがなかなか伝わりにくくなっているんですね。

このため
0℃の空気の中で、１秒間に進む距離は331．5メートルですが、
水の中では、473メートルになって、ちょっとスピードが速くなります。

さて
氷の中ではどうなるでしょうか。
氷の中では、１秒間に進む距離は3230メートルになって、
かなりスピードが速くなります。

固体の氷の中では、水分子(ぶんし)どうしがかなり強く手をつないでいます。
どこかに水分子(ぶんし)の濃いところができるとすぐにもとに戻そうとして、
水分子(ぶんし)どうしがサクサクっと動きます。

水分子(ぶんし)どうしがかなり強く手をつないでいるので、
どこかで水分子(ぶんし)が動いたら、すぐにそれをもとに戻そうとして、
また水分子(ぶんし)が動く・・の繰り返しが高速で伝わっていくんですね。

水分子(ぶんし)どうしが固いバネでつながっている感じなのですね。

音の進み方は同じなのだけれど、モノを作っている分子(ぶんし)どうしが
固く手をつないでいるほうが音が速く進むんですね。

おもしろいですね。

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