透明な容器の中でブザーを鳴らし、容器内の空気を抜いていくと、外で聞く音が小さくなっていきます。そこで「ブザーが振動しなくなった」と答えてよいでしょうか。
音が聞こえるまでには、音を出すものが振動することと、その振動が耳まで伝わることの両方が必要です。聞こえる音が小さくなった原因を考えるときは、音源と、音を伝える途中の物質を分けて調べます。
矢印は振動が伝わる順序を示します。音源の前の空気が、そのまま耳まで流れてくる図ではありません。
耳に届くまでに、何が振動している？
ブザーを鳴らすと、音源の振動が周囲の空気に伝わります。その変化が次々に伝わり、耳の鼓膜を振動させることで音として感じられます。
ここで「ブザーの前にあった空気が、そのまま耳まで飛んできた」と考えないでください。空気の一つ一つの部分が振動し、その変化が隣へ伝わります。音の伝わる道と、空気全体が流れる風とは同じではありません。
例えば、列に並んだ人が順に手を上げると、合図が端まで伝わります。それでも、先頭の人が列の端まで走ったわけではありません。音も人の合図と全く同じ仕組みではありませんが、「変化が伝わること」と「物がその距離を移動すること」を分ける助けになります。
空気を抜く実験で変わるのはどこか
同じブザーを同じ電源につないだまま、周囲の空気を少なくします。ブザー自体が振動していても、空気を通して外へ伝わる音は弱くなります。物質のない真空中では、音は伝わりません。
ただし、実際の実験容器で音が完全に消えるとは限りません。空気が少し残っていたり、ブザーから台や容器へ振動が伝わったりするためです。「少し聞こえたから、真空でも音が伝わった」とすぐに結論付けるのも早すぎます。
まず、どの程度空気を抜けているのか、音源は何に触れているのかを確認します。音の道は、図で目立つ空間だけとは限りません。底の台や支えも、振動を伝える道になりえます。
空気がなければ、どんな場合も聞こえない？
音を伝える物質は空気だけではありません。水や固体の中でも振動は伝わります。糸電話では、張った糸が振動を伝える大切な役割をしています。
ですから、問題文の「空気がない」を見たら、その場所にほかの物質もないのかを確かめましょう。「真空のすき間を越えて伝わる」のか、「固体の棒を通って伝わる」のかでは、条件が違います。
宇宙でも、空気のある宇宙船の中で人が会話することはできます。一方、真空の宇宙空間を隔てた相手とは、声をそのまま空間へ響かせて話せません。無線では声を電気信号に変え、電波で伝え、受信機のスピーカーで音に戻します。電波が伝わることを、真空中を音が伝わったことと混同しないようにしてください。
例題1：音が小さくなった理由を説明する
透明な容器内のブザーに、軽い球が触れるようにして振動の有無を観察しました。空気を抜くと、外で聞く音は小さくなりましたが、球は跳ね続けていました。この結果から、「音が小さくなったのは、ブザーの振動が止まったからだ」と言えますか。
解答：言えません。 球が跳ね続けていることから、ブザーの振動は続いていると分かります。周囲の空気が少なくなり、空気を通して音が伝わりにくくなったと考えます。
「聞こえ方」と「球の動き」は、違う場所を調べる観察です。前者は外へ届いた音、後者は音源の振動を確かめています。ただし、球が動いているという観察だけで、振動の大きさや速さまで前後で全く同じだとは決められません。
この例は観察の読み方を考える問題です。専用の実験器具を使う内容であり、家庭のガラス容器などから空気を抜く実験を勧めるものではありません。
例題2：空気を抜いたのに、少し聞こえた
ブザーを硬い台に直接置いた状態で容器の空気を抜くと、外で小さな音が聞こえました。「音は真空中でも伝わる」と結論付ける前に、確認することを二つ挙げてください。
解答例： 容器内に空気が残っていないか。台や容器などの固体を通して振動が外へ伝わっていないか。
音源から耳までの道を一本ずつ描くと、確認すべき場所が見えてきます。空気の道だけ消したつもりでも、台を通る道が残っていれば、結果を単純には説明できません。音源の位置や支え方を変える場合も、それ以外の条件をそろえて比較する必要があります。
実験では、答えの言葉を先に当てはめるより、「何が動いているか」「何を通って届くか」を順番に確かめましょう。音の大きさや高さを学ぶ前提にもなる、音源と伝わる道の区別です。