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2020年07月22日

【校長ブログ】音の話〜工事現場から〜

 浦和南高校では、7月20日から生徒用トイレの洋式化改修工事を始めています。今年は新型コロナウイルス感染拡大防止のため、5月31日まで臨時休業であったために、本来であれば夏季休業期間である7月22日も授業をしています。授業に使用のないように、授業時間中は工事音がでないように工夫しているので、作業の方も大変だと思います。

 校長室には、授業で使用している教科書を全て常備していますが、「物理基礎」と「物理」の教科書で「音」について読んでみました。

 話し声や音楽など、私たちの暮らす世界はいろいろな音に満ち溢れています。音もまた波の一種であり、私たちは空気を伝わる波を音として受け取っています。工事現場で鉄パイプと叩くと、振動によって、まわりの空気は圧縮と膨張を繰り返すため、空気に圧力の高い部分(密部)と低い部分(疎部)ができ、空気の振動が縦波となって伝わります。一般に媒介を伝わるこのような縦波を音波sound wave(音 sound)といいます。私たちは、音の高低や音の大小を聞き分けることができます。リコーダーとギターの音色の違いを感じ取ることができます。音の特徴は、その高さ、大きさ、音色により決まり、これらを音の3要素 three factors of sound といいます。オスロスコープを使うと、音波の波形を観察できます。

音波(音)では、反射、屈折、回避、干渉などの現象がみられるそうです。

●音波の反射…大きな建物の前で手をたたくと、戻ってきた音が聞こえることがあります。これは音が建物に当たって反射したためです。山びこも同様の例です。音が短時間に何度も繰り返し反射すると、音源が振動をやめた後もしばらく聞こえることがあります。これが残響であり、音楽ホールは残響によって心地よく響くように設計されています。工事現場で鉄パイプをたたく音は心地よくないので騒音ですね。

●音波の屈折(refraction)…音波は、水面のような2つの異なる媒質の境界面に入射したとき、屈折派を生じます。昼間には聞こえない遠くの電車の音が、夜間には聞こえることがあります。これは音波の屈折の様子が、昼と夜では異なるためです。昼間は地表近くの温度が高く、音波は上向きに曲がって進みます。一方、夜間は空気の温度分布が逆転し、音波が下向きに曲がって進み、遠くまで届きます。

●音波の回折(diffraction)…道路に面した部屋の窓を少し開けると、窓を広く開けた時と同じように、外の音が聞こえます。これは、音波が回折し、部屋の内側に回り込むためです。現在、新型コロナ感染防止のために、教室ではエアコンを入れながら窓を開放しており、電車音などを完全に遮断するのは困難です。

●音波の干渉(interference)…波が重なって振動を強めあったり弱めあったりする現象を波の干渉といいます。同じ振動数の音を2つのスピーカーから出すと、音がよく聞こえる場所と聞こえない場所が出てきます。これは音の干渉により、空気が強く振動する所としない所ができるからです。

 物理は、運動とエネルギー、波動、電気と磁気、原子など日常生活に結びついている内容です。公式や計算式だけを意識すると無味乾燥な内容になってしまいがちですが、日常生活と結びつけながら「なぜ?」に迫ってみることが大切です。高大接続の観点から浦和南高校で使用している理科の教科書では、重要な語句の英訳があるものを使用しています。コミュニケーション英語?ではiPS細胞(人工多機能性幹細胞induced Pluripotent Stem cells)を作製した京都大学の山中伸弥教授の取組を英文で取り上げています。教科横断的な発想が必要です。

 浦和南高校では7月28日から31日までが期末考査です。生徒諸君の知的闘争心の奮起を期待しています。

追伸:工事が完成する(11月)と右下のような洋式トイレになります。

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