音・光の速さとは ～速さの求め方、時速・秒速の変換～

この記事は、 「音・光の速さの求め方や時速・秒速の変換がわからない」という人に向けて解説 します。
音や光の速さはどのように計算すればよいのでしょうか？
これらは定期テストや入試にもよく出題されるテーマなので、問題を解きながら、わかりやすく解説していきます。

1. ポイント

音も光も、空気中を進む速さが決まっています。
音は約340m/秒 、 光は約30万km/秒 で進みます。
音も非常に速いですが、 光は音と比べものにならないぐらい速い ことがわかりますね。

このような音と光の速さのちがいを利用して、ある地点間の距離を測ることもできます。

このように、光と音の性質を利用した計算問題は、テストでもよく出題されます。
まずは、光と音の速さについて、基本から押さえていきましょう。

2. 光の速さ

光は、空気中を 約30万km/秒 の速さで進みます。
これは、たった1秒で地球を約7周半する速さです。
ものすごい速さですね！

3. 音の速さ

音は、空気中を 約340m/秒 の速さで進みます。
これは気温が約15℃のときのものです。
ちなみにこの速さは、 マッハ という単位を使って、 マッハ1 と表されます。

光の速さは約30万km/秒でしたから、光の速さをマッハで表すと、
300000÷0.340=882352...
マッハ88万ほどになります！

光は音の88万倍の速さで伝わるということですね。
改めて、音の速さ（音速）と光の速度（光速）のちがいが分かりますね。

4. 光・音の速さから距離をはかる方法

少し話が変わりますが、夏の風物詩といえば 花火 ですね。

花火を少し離れたところから見たとき、「花火が開いて、しばらくしてからドンという音が聞こえた」という経験はありませんか？
このようなズレは、光と音の速さから説明することができます。

光は瞬間的に伝わり、音は光よりも時間をかけて伝わる ことを学びました。
実は、これを利用して、 花火まで距離を調べることができる のです。
実験を通して、いっしょにその方法をみていきましょう。

打ち上げ花火を観察していたら、 花火の光が見えてから4秒後に音が聞こえました。
このとき、花火を打ち上げた場所までの距離はどれくらいでしょうか？

光はほぼ瞬間的に伝わり、音は約340m/秒の速さで伝わります。
よって、 光と音が届く時間差 から、花火までの距離が求められるのです。

花火の光が見えてから4秒後に音が聞こえました。
つまり、花火の音は打ち上げた場所から届くまでに4秒かかったということです。
340×4=1360
よって、花火を打ち上げた場所までの距離はおよそ 1360mです。

光と音が空気中を伝わる速度のちがいから距離を求める方法をおさえましょう。

映像授業による解説

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5. 【問題と解説】 光・音の速さから距離をはかる方法

みなさんは、光・音の速さついて理解することができましたか？
最後に簡単な問題を解いて、知識を確認しましょう。

問題

船から海底に向けて音を出したら、4秒で返ってきた。
海底の深さは何mか。
ただし、水中を伝わる音の速さは1500m/秒とする。

解説

船から海底に向けて音を出して、4秒で返ってきました。
よって、音が伝わった距離は、次のようになります。
1500×4=6000m

ただし、これは答えではありません。
なぜかわかりますか？

この実験では、海面⇒海底⇒海面と音は伝わっています。
つまり、音は、 海面から海底までを往復 しているわけです。

よって、6000mを半分にすると、海面から海底までの距離がわかります。
6000÷2=3000m

（答え）
3000m

6. Try ITの映像授業と解説記事

「音」について詳しく知りたい方はこちら