おもしろ科学手品講座

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・・・ 歌う蛇腹ホース ・・

                                                     講座指導:諫早市多良見町 子ども科学てじな講師 田浦 和憲


【 材料 】  ビニールで出来た蛇腹(じゃばら)ホース

【 あそび方 】
  (1) ビニール製の蛇腹(じゃばら)ホースの端を持って、グルグルと回転させてください。ある速さになると、ホースから 一定の振動数(しんどうすう)の音が発生します
 音が出にくい場合は、反対側の端を持って回してみてください。
(2) 回転の速さを変えると、別の高さの音に変わるでしょう。だけど、どのような高さの音でも自由に出せるわけではありません。
 速くなれば高い音になりますが、だいたい3〜5種類の振動数しか出せません。その途中の微妙(びみょう)な高さの音は決して出ないのです。なぜでしょうね。
  (3) お友達にもこの「蛇腹ホース」の音を聞いてもらいましょう。ある一定の速さで回しているとき、あなた本人には同じ高さの音が聞こえ続けているのに、離れて聞いているお友達は、「あ、音が変化している。高くなったり低くなったりを繰(く)り返しているよ。」と言うでしょう。

(4) そこでこんどは、お友達に回してもらってください。「一定の速さで回して、同じ高さの音を出し続けてよね。」とお願いして、あなたは 1〜2メートル離れた位置で聞いてみてください。



【 原理 】
 ホースの回転している方の先端では「ベルヌーイの定理」により気圧が低くなりますので、空気は手元から先端へ向かって筒の中を流れます。
 そのとき、筒の中にちょうど空気の
定常波(ていじょうは)(共鳴波)ができるような速さの時だけ、大きな音になって 共鳴(きょうめい)するのです。

 この共鳴する波長は、左図のようにホースの長さによって決まっていて、しかも数種類のパターンしかありません。
 それ以外の自由な高さの音が出なかったのはそのためです。

     
 
 また、その音を離れて聞いていたお友達には、ホースの先が自分に近づいてくる瞬間と、遠ざかる瞬間とで違う高さに変化します。これを「
ドップラー効果」と言っています。

 みなさんも列車の汽笛(きてき)や救急車のサイレンの音が、近づいて来るときと、目の前を通り過ぎて遠ざかるときとで、急に変化するのを経験したことがありませんか。

 
 

【 ドップラー効果 】 音源が近付く方向の波長は縮み、遠ざかる方向では波長が長く(振動数が低く)なる。

 

 

もっとくわしく知りたかったら : 「実験で楽しむ物理 歌うワイングラス」 第18ページ ロバート・エンリック著 丸善株式会社 \1600

 

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