原子・分子モデルで音の伝わる速さを考える


 いろいろなものが音の振動を伝えることを学習した後、「固体・液体・気体のうち音を伝える速さが一番速いのはどれだと思う?」と生徒に質問すると、大抵の生徒は「気体」と予想します。そこで、物質の三態のモデルを表した自作のアニメーションを生徒に見せながら説明すると、ほぼ全員が音の伝わる速さは固体よりも液体が遅く、気体は一番遅いと理解できるのです。

固体の状態
粒どおしが規則正しく並んで自由に動けない状態。
固体は形が変わらないのはこのためと説明。
固体の衝撃伝達
音の振動は、一列に並んでいる粒の間を瞬時に伝わる。
液体の状態
粒と粒の間に少しすき間があり、いくらか動ける状態。
液体は容器によって形が変わるのはこのためと説明。
液体の衝撃伝達
粒と粒の間にすき間があるため、音の振動の伝わり方は
こうなると言ってこれを見せる。
生徒はこれで、液体は固体より音の伝わるのは遅いと納得。
気体の状態
粒と粒はもっと間隔が広がり、自由に飛び回っている状態。
気体は押すと縮むのはこのためと説明。
これを見せれば、音の伝わる速さは液体よりも遅いと、生徒は納得する。

注意
これはあくまでも、イメージモデルとしてのアニメーションなので、分子間力や衝突の際の力学的エネルギー等は一切考慮していません。分子動力学・熱力学等を考慮したシミュレーションは、以下のサイトで見ることができます。
JAVAアプレット物理教材http://www.nep.chubu.ac.jp/~nepjava/applet.htm


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