音に関する問題

2014年早稲田実業の問題です。


次の文章を読んで、後の問1~問6に答えなさい。問1と問2について、答えは整数で答えなさい。

 音は発音体の振動によって発生し、その周囲の空気が振動することによって伝わります。鉄の棒で作った音さを図1のようにたたいて振動させると、近くの空気は左右に振動し、空気のこい部分とうすい部分ができて、それがまわりに伝わっていきます。

 図1の点Pにある空気が振動する様子をグラフにしたものが図2です。図2の縦軸は点Pがたたく前とくらべて左右にどれだけ動いたかを表しています。また、横軸は時間の経過を表し、t1からt2までの時間は0.006秒でした。

問1 この音さは1秒間に何回振動しますか。

問2 この音さが100回振動する問に、音は何m先まで伝わりますか。ただし、気温は15℃とします。

次に、音さ(ア)~音さ(ク)までの、8本の音さを用意しました。それぞれの音さほ図1の音さと同じ太さの鉄の棒でできており、棒の長さはさまざまです。この音さをいろいろな強さでたたき、図2と同じように点Pの空気が振動する様子を調べた結果が図3です。音さ(ア)の結果を(ア)のグラフ、音さ(イ)の結果を(イ)のグラフ…のように示しています。グラフの縦軸・横軸の1目盛りの大きさほ、図2のグラフと同じです。

問3 図1のものと同じ長さの音さを、図1のときより強くたたいたときのグラフは、図2とくらべてどうなりますか。図3の(ア)~(ク)の中から正しいものを1つ選び、記号で答えなさい。

問4 図1のものよりも長い音さを、いろいろな強さでたたいたときのグラフは、図2とくらべてどうなりますか。図3の(ア)~(ク)の中から考えられるものをすべて選び、記号で答えなさい。

問5 2つの音さを向かい合わせて一方をたたくとき、ある条件が満たされれば、もう一方の昔さも鳴り出します。この条件が満たされている青さ(ア)~(ク)の組み合わせを、次の(A)~(H)の中からすべて選び、記号で答えなさい。

(A)(ア)・(ウ) (B)(ア)・(キ) (C)(イ)・(オ) (D)(イ)・(キ)
 (E)(エ)・(オ) (F)(エ)・(ク) (G)(カ)・(キ) (H)(カ)・(ク)

問6 次の(ア)~(エ)について、(A)より(B)のほうが低い音が出るものはどれですか。あてはまるものをすべて選び、記号で答えなさい。
(ア)ある長さの音さをたたいて音を出すとき、
(A)音さの下に木の箱を取り付ける
(B)音さの下には何もつけない

(イ)試験管の口を吹いて音を出すとき、
(A)試験管の半分まで水を入れる
(B)試験管の下から3分の1まで水を入れる
      
(ウ)コンクリートの壁に向かってスピーカーから音を出し、その反響音を開くとき、
(A)壁はそのままの状態にしておく
(B)壁をスポンジでおおう

(エ)ある長さの弦をはじいて音を出すとき、
(A)弦をきつく張って、弱くはじく
(B)弦をゆるく張って、強くはじく


【解説と解答】
問1 図2のt1からt2までに1.5回分の震動が入っているので、ひとつの山は0.006÷1.5=0.004秒です。
したがって1÷0.004=250回
(答え)250回

問2 音の速さは331+0.6×気温ですから、15℃の場合は340mになります。
音が100回振動するのには0.004×100=0.4秒ですから、340×0.4=136m届きます。
(答え)136m

問3 
振動数が多い(グラフでたくさんの山ができる)場合は、音が高くなり、振動数が巣k亡くなると低い音になります。
一方振幅(縦の長さ)が大きくなると、音が大きくなり、振幅が小さいと小さい音になります。

強くたたけば大きい音になりますが、振動数は同じでなければならないので、グラフはイになります。
(答え)イ

問4
長い音さになれば、同じ力では振動数が少なくなります。音の大きさは問わないので、図2のグラフよりもグラフがゆったりしているものですから、ウ、エ、オになります。

(答え)ウ、エ、オ

問5
共鳴は振動数が同じ場合におきるので、アとキ、エとオ、カとキになります。
(答え)B、E、G

問6
低い音というのは振動数が少ない場合です。
アではAの方が箱がついて振動が少なくなるのでAが低くなります。
イではBの方が水の量が少ないので、Bの方が低くなります。
ウはBはスポンジで音が吸収されてしまうので、音の高低は関係がありません。
エはBの方が弦をゆるくはっているので、音が低くなります。

(答え)イ、エ

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