どうして、コップに水をいれると音が変わるの？

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コップが重たくなると音がかわるんです

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。

コップに何もいれないでフチをたたくと、コンと音がします。

コップに少し水を入れてフチをたたくと、ちょっと音が変わります。

コンという音だったのが、ちょっと響きをもつようになります。

コップにたくさん水を入れてフチをたたくと、

またちょっと音が変わります。

同じようにコップのフチをたたいているのに、

音が変わるのは、どうしてでしょうか。

何が起きているのか詳しく知りたくなりますね。

私たちが音が聞こえるのは、

空気の振動を耳の中の細胞がキャッチして、

脳に電気信号を送って、

脳の中で電気信号が組み合わされて

聞こえたと感じるようになります。

ところで、

振動は、海の波のように山、谷があって、波ともいいます。

空気の振動のことは音波（おんぱ）と言います。

空気の濃い部分と薄い部分が

互い違いにできて、波のようになって、

伝わっていくんですね。

これをいちいち説明するのは面倒なので

音波（おんぱ）と呼ぶんですね。

空気の濃い部分が波の山になって、空気の薄い部分が、

波の谷になって伝わっているイメージです。

空気の濃い部分と薄い部分は、

何かモノが空気の中で振動すると必ずできてしまいます。

さて、

コップのフチをたたくと、コップが振動します。

それで、

コップの周りの空気が振動して音波ができます。

ここで、ちょっと複雑なことが起きます。

モノには、大きさや形によって、

振動しやすい振動数(しんどうすう)が必ずあります。

振動数(しんどうすう)は、１秒間に現れる

振動の山の数のことを言います。

振動を身体検査する場合には、

山の大きさと、１秒間の山の数

を調べることになるんですね。

この振動数のことを、

固有振動数(こゆうしんどうすう)と名前がついています。

私たちひとりひとりに名前があるのと

なんとなく似ていますね。

同じ固有振動数(こゆうしんどうすう)のモノが2つあると、

片方を振動させると、

なにもしなくても遠く離れた、

もう一方のモノも大きく

振動し始める不思議な現象がおきます。

この現象を、いちいち説明していると、めんどうくさいので

共鳴(きょうめい)と名前がついています。

コップの振動が、

コップの中にある空気の揺れやすい振動と同じだと、

コップの中にある空気が、大きく振動し始めます。

これで、音波ができて大きな音が出るようになります。

そして、

コップの中に水を入れたときは、

コップが重たくなっています。

重たくなると、振動数(しんどうすう)が減って

低い音がでるようになる特徴があります。

私たちも、軽いモノは速く揺することができますが、

重たいモノは、速く揺することができなくなって、

ゆっくり揺らすことしかできませんね。

これとよく似ています。

コップの形によっても、ちょっと変わってきます。

この現象は、古くから知られていて、

グラスハープという名前で呼ばれています。

意外に複雑なしくみで、

なかなか奥がふかいですね。

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