音の高低について

Question

水をいっぱい入れたグラスとあまり入れていないグラスとでは、グラスをたたいた時にどちらの方が高い音が出るのでしょうか？理由と一緒に教えてください！

dojustice · Accepted Answer

みなさん想像だけで、いろんなことをお書きになっていらっしゃるようで、思わず笑っちゃいました。（失礼）

（こたえ）
水が多いと音は低くなる。

（りゆう）
コップの固有振動を水の質量が減速する。
したがって、水量が多いと振動数が小さくなる。
すなわち音が低くなる。

（さんこう）
コップに水を入れ、音程を揃えて並べたものを、ウォーターベルと言います。
ウォーターベルの一例です。
http://jvsc.jst.go.jp/find/sound/cdir/c25.htm

実験結果です。
一番下の「この実験からわかること」のところを、見てください。
http://g3400.nep.chubu.ac.jp/onsenkids/craft/hasegakki/gakki1/gakki1.html

いろんな発音原理の説明があります。
http://skura.hp.infoseek.co.jp/r01/r40701.htm

（ほそく）
このように解釈すると答えを誤ることになります。
これは気柱の共鳴で、ビンの口から息を吹き込んだ時の現象です。
息を吹き込んだときと、フチを叩いたときとでは発音体が異なります。
http://sp.cis.iwate-u.ac.jp/sp/jp/acoustics/analysis.html

ウォーターベルの発音をきれいに出すためには、「コップのふち（空気の部分）」を叩かなければなりません。

参考URL：http://jvsc.jst.go.jp/find/sound/cdir/c25.htm

physics · Answer

#5で回答したphysicsです。

　これは失敗。答えを正反対に書いてしまいました。謝罪して訂正させていただきます。

Josquin · Answer

＃４です。
ホンマですねぇ。＃６さんが正しいです。
想像で答えを書いた私が完全に間違っておりました。
深くお詫び申し上げます。すみません。

dojustice · Answer

Ａ7様
わたしのぶしつけな言い方にもお腹立ちにならず、丁寧なご意見をお寄せくださったことに感謝します。
多分この文章は削除されるでしょうが、素直にお聞きいただいて、大変嬉しかったのでご返事させていただきます。
（本件、質問者さんの頭越しの会話になっている点、質問者さんにもお詫びいたします）

Ａ7さんが最後にお書きになっておられることは大変重要な意味を持っています。
条件を誤ると、結果がまったく逆の方向へ行くことが往々にしてあります。
そういう意味では、「実験結果必ずしも真実ではない」ことに心すべきです。

blackdragon · Answer

#3です。

想像だけで書いた訳ではありませんが、確かに、水が多くなると低くなっていくことの方が多いようです。訂正いたします。

さて、私がやった実験ですが、一番手近にあった、プラカップ（半透明のペラペラのものではなく、もう少し厚い透明のもの）を使いました。その結果、水が多いときの方が音が高くなりましたので、＃３のように理由付けして書きました。

＃６さんの回答を見て、ガラスのコップや、金属のマグカップ、厚手のプラスチックマグカップを使ってやってみたところ、確かに、水の量が増えるほど音が低くなりました。

さて、この違いがどこから来たかと考えてみました。

水が増えると音が高くなる場合：コップの材質が、振動を全体に伝えにくい場合になります。空気が入っている部分のみで共鳴していると考えられます。

水が増えると音が低くなる場合：コップの材質が、振動を全体に伝えやすい場合になります。コップ全体で共鳴するため、＃６さんの書かれたようになると考えられます。

さて、どちらのコップが一般的かと言いますと、上の実験結果でもわかるように、確かに、水が増えると音が低くなってゆく方が一般的ですね。

そうそう、元々の質問は、「グラス」でしたね。それなら、ガラス製ですから、やはり、水が多いと音が低いが正解ですね。

（一見同じようなことをしても、条件が違っていると違う結果がでてしまうことがあるということを、改めて実感させていただきました。）

physics · Answer

No.3，No.4さんの答えで正解だと思います。

　さらにアドバイスですが、コップの上のふちではなく、水が入っている場所のコップの横を叩いてみてください。
　そうすると、多く水が入っていると低い音がするし、少ない水の時は高い音がします。

　さてこれはどうしてでしょう？答えはNo.3とNo.4に書いてあります。
　簡単な実験なので、家でやってみるのもいいですね。

　ここまでできると、いよいよ理科が得意な人になれるかも？

Josquin · Answer

水が多いほど高い音になります。（下の方に逆のことを書いている人がいますが。）

音が高いということは、振動数fが大きいということです。
一般に波では、音速をv、波長をλとして、
v=fλ
が成り立ちます。
vが一定だとすると、λが短いほど、fが大きいことになります。

＃３さんが書かれているとおり、共鳴する（定常波が出来る）条件を考えると、空気の部分が短いほど、共鳴する音波の波長λが短いということになります。したがって、空気の部分が短いほど振動数fが大きくなる、すなわち、高い音が出ることになります。

ちなみに、＃３さんが書かれている「周期」をTで表すと、T=2πfが成り立ちます。

blackdragon · Answer

音は、空気の入っている部分で共鳴します。
（叩いたときには、いろいろな高さの混ざった音が発生しますが、共鳴したものが大きく聞こえるため、共鳴した音の高さに聞こえます。）

体積の大きい方が、周期の大きな波に共鳴します。
音の高さは、波の周期が大きいと低く、周期が小さいと高くなります。
（振動の大きさは、音の大きさで、音の高さとは違います。）

さて、水の量が多いときと少ないとき、どちらが、空気の入っている部分の体積が大きいでしょう？

furu-tu2003 · Answer

コップを叩いて聞こえる音は叩くことでコップが振動し、その振動が空気を震わせ音として聞こえます。
高い音と低い音の違いですが、振動が大きいほど高く
小さいほど低くなります。
コップにたくさん水を入れるほど水が振動をより吸収するので音は低くなります。

higejii3 · Answer

ここで聞く前に、同じコップでやってみたらいかが？

理由についてのヒント。
耳につけるタイプのイヤホンと、大きなスピーカーとどっちが低い音がするか考えたら分かるんじゃないかな。

音の高低について

みなさん想像だけで、いろんなことをお書きになっていらっしゃるようで、思わず笑っちゃいました。

#5で回答したphysicsです。

＃４です。

Ａ7様

#3です。

No.3，No.4さんの答えで正解だと思います。

水が多いほど高い音になります。

音は、空気の入っている部分で共鳴します。

コップを叩いて聞こえる音は叩くことでコップが振動し、その振動が空気を震わせ音として聞こえます。

ここで聞く前に、同じコップでやってみたらいかが？

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　No.3，No.4さんの答えで正解だと思います。