コップを叩く音

　最近中学生の妹に質問されたのですが、情けない事に答えられませんでした。
　水を入れたコップを叩くと当然音がしますが、中の水の量を減らすと音が高くなるそうです。その理由は何か、という事なのですが、ご存知の方教えてください。

No.4 ベストアンサー 回答者： he-goshite- 回答日時： 2005/02/06 11:22

No.2です。

若干訂正と補足をします。

>　厳密には，「重さ」ではなく「質量」という言葉を使って説明されると思います。

　振動のしかたというか振動の形というか，振動のモードが決まっている場合は，振動する部分の形状と長さ及びその部分の質量分布などによって決まる値，例えばオルゴールの音片のように片端固定の場合だと，「慣性モーメント」によって，「（固有)振動数」が決まります。
　さらにまた，同じ物体であっても，振動の仕方（＝振動モード）が異なれば，出る音の振動数は異なったものになります。
※例えば，水の半分はいったコップの縁を箸などで叩いたときの(振動による)音の高さと，縁を指でこすったときに(振動にすることによる)出る音の高さ　の違いのようなものです。

No.3 回答者： physicsache 回答日時： 2005/02/05 21:51

No,2さんの回答を読んでなるほどと思いました。

同じ太さで長さが違う弦を用意すると、
長いほど質量があるので振動数が減り、
音が低くなると言うことですね。

これは、人間の声帯にも当てはまります。
基本的に身長の高い人は声帯も長くなります。
すると、振動数が減り、背の高い人ほど声が低くなります。
（男女の声の違いは関係ありません。）

コップに水を入れて、縁を濡れた指でなぞると
「ワァァ～ン」と神秘的な音が出ますが、
これはコップに入れる水の量を変化させて、音程を変えてます。
これで演奏する人も居ますよ(^-^)/

No.2 回答者： he-goshite- 回答日時： 2005/02/05 17:11

No.1回答者さんのお答え：

>１、コップに水が入る事により、コップ全体が重くなり、早い振動が出来なくなる。

で，考え方はよいと思います。
コップを叩くと，コップと水とは一緒に（あたかも一体であるかのように）振動します。
マリンバ（木琴）の鍵（というのかしら？）の長いほうのものを叩くと低い音が出，短いものを叩くと高い音がでるのと同じ理屈だと思います。
また，お寺の釣鐘と半鐘（っていまはほとんど見かけないかな？）を叩き比べた場合とも同じです。
　厳密には，「重さ」ではなく「質量」という言葉を使って説明されると思います。

No.1 回答者： myeyesonly 回答日時： 2005/02/05 16:34

こんにちは。

へ～??と思ったので、今、試して来ました。
確かにその通りの結果が出ました。(笑)

こういう素朴な疑問って結構難しいんですよね。

まずよく学校で習うやつで、コップの中の空間の長さによる気柱共鳴という現象なら、この反対になるので、説明が付きません。

この現象では、コップその物の振動が問題になります。
ガラスのコップは非常に固いので、コップ全体(といっても底の部分はあまり関係しないでしょう。チューリップグラスだと別ですが)が振動する周波数というのがあるわけですが、これが水が入ると何ゆえか、低い方に変化するという事になります。

この問題の正解を知りませんので、考えられる二つの事をかきます。

１、コップに水が入る事により、コップ全体が重くなり、早い振動が出来なくなる。

２、コップの水は液体なので、コップの振動を吸収してしまうので、振動が遅くなり、水が入ってる程、ゆっくりした振動、つまり低い音になる。

さて、どっちでしょうね?
他にも考えられるかもしれません。

自然科学とは、こういう素朴な疑問の集大成であり、それを一つづつ解き明かして来た歴史なので、そういう疑問を持つ事はとても大事ですね。

ぜひ、「そんなの自分で調べなさい!」なんてお答えにならない事を希望致します。(笑)