
重要なポイント
- 氷の上で石を飛ばすと、SF のようなサウンドが得られます。
- ノイズは不気味に聞こえるかもしれませんが、簡単な物理学で説明できます。
- これは、一見平凡な活動がいかに興味深い科学原理を明らかにすることができるかを浮き彫りにします。
氷ってなんだか変ですね。まず、固体であるにもかかわらず、液体の水よりも密度が低くなります。そしてもう一つは、かなり耳障りな音を出すことで知られています。凍った湖の上で石を飛び越えると、どこか懐かしい、そして別世界のような甲高い音が聞こえるかもしれません。まるで異国の鳥のさえずりのようです。あるいは、はるか彼方の銀河からのレーザー爆発。
ライフスタイル YouTuber のコーリー ウィリアムズは、凍った水の聴覚の癖についてよく知っています。 2014 年、ウィリアムズは氷に覆われたアラスカの湖で自分自身を撮影し、インターネットで金貨を獲得し、急速に話題になりました。この単純な動作により、高音の未来的なノイズが発生しました。
ウィリアムズのビデオは、 の典型的な例を記録しています。音波は、高いものと低いものを含む で構成されています。音が空気中を伝わるとき、その成分周波数は通常、同じ速度で一緒に伝わるため、すべての周波数が多かれ少なかれ同時に人間の耳に届きます。
音響分散
しかし、場合によっては、音波が固体媒体 (氷など) を通過すると、その高周波と低周波が失われることがあります。高周波の波長は高速であるため、低周波の波長よりも先に飛びます。その結果、同じ音の中に含まれる高音と低音の間にギャップが聞こえる場合があります。それは一言で言えば音響分散です。
この現象は簡単に再現できます。長くて細い金属棒、ワイヤー、または細いものをハンマーで叩くと、高周波振動が低い振動よりもはるかに速いペースで物体に脈動し、甲高い音を立てます。スター ウォーズのオリジナル三部作の古典的なレーザー爆発の音響効果は、 を使用して作成されました。 (「ピュー!ピュー! 」)
特大の氷床は音響の分散にも適しており、コリー・ウィリアムズが凍った湖で石をぶつけて発した狂った騒音の説明になっている。ただし、彼の実験を真似したい場合は、氷が張った水域から十分な距離を置く必要があります。
サイズが重要
空間は高周波波長と低周波波長の間のギャップを誇張します。を越えると、前者が前に進むチャンスはあまりないでしょう。しかし、大きくて幅の広い氷の板や長い金属片では、高周波とそれに対応するスローポーク波との間の分離の度合いが異なります。
音響の分散を誘発するもう 1 つの方法は、凍った湖の上をスケートで渡ることです。スケーターは氷の上を滑ることで、「ジェダイの帰還」の宇宙戦闘の音を思い起こさせる一連の口笛を吹くことができます。しかし、これを経験したスポーツ選手は、あなたが外で 8 の字カットをしているときに騒音がすると言っています。この状況では、音の発生源である自分自身に近づきすぎるからです。
ちなみに、氷は不気味な鳴き声を出すのに人間の助けを必要としません。凍った水体の表面は自然に座屈したり亀裂が入ったりするため、大きな分散ノイズが発生する傾向があります。しかし、野外でこれらの声を聞いたら、氷の惑星ホスに立っているふりをしてみてください。私たちは判断しません。
薄氷の上を歩くことになることは誰も望んでいません。この目的を達成するために、湖、池、運河上の氷床の厚さを評価する手段として音響分散に注目しました。彼らの評決は?石を投げると「ピュー!ピュー!」ノイズがピアノの鍵盤 E4 より高くなると、氷の上を歩くのは安全ではありません。