糸電話がなぜ聞こえるのかについて、音の仕組みを知り、実際に糸電話を作って音の伝わり方を確かめる方法や糸をたらしたりつまんだりすると聞こえなくなる理由を分かりやすく紹介します。
細い糸だけで、数メートル、数十メートル、数百メートルも離れた友人に、大声を出さずに声が届くなんて不思議だと思いませんか。
以下に糸電話で音が伝わる仕組みについてみていきましょう。
糸電話は、身近にある材料で簡単に作ることができるので、夏休みの自由研究として、糸の材料を変えたときの音の違い、どこまで聞こえるかなどを調べてみるとおもしろいですよ。
音が聞こえる仕組み
ピアノの音も、鳥の鳴き声も、私の話し声も、すべての音は振動でできています。
振動とは、何かが前後に動くことで生じるものです。
物が振動して音を出すときは、たいていとても小さくて、とても速く動いています。
目には見えませんが、あなたはそれを感じることができるでしょう。
たとえば、手を喉に当てて、自分の名前を言ってみてください。首のあたりがブルブルっとふるえているのを感じますか？
それが振動であり、あなたの声の響きの始まりなのです。
では、喉では何が振動しているのでしょうか？
喉の中にある声帯と呼ばれる2つの小さなものです。
また、ギターを弾くときにも、音の始まりを感じたり、見たりすることができます。
ギターの弦を弾くと、弦がとても速く動いているのがわかりますか？これが音の始まりです。
音の始まりと振動の伝わり方
さて、声帯やギターの弦が動くと、それらは空気を動かします。
空気はとても小さな粒子で構成されています。そして、その粒子が空気中の振動を運ぶことで、音は粒子から粒子へと伝わるのです。
例えば、ギターの弦が動くと、弦の周りの空気中の粒子も動き始めます。
動き始めた粒子は、他の粒子とぶつかって、今度はその粒子を動かします。
このようにして、粒子が振動を空気中に伝え、それが耳に当たることで、あなたは音楽を聴くことができるのです。
しかし、その振動が耳に当たる前に無くなると、音は消えてしまいます。
振動が無くなると音は聞こえなくなる
音が生まれたところでは、激しくぶつかり合っていた空気中の粒子も、しばらく空気中を移動しているうちに動きがにぶくなっていき、そのうちに全く振動しなくなります。
つまり、その振動が耳に届く前に止まると、何も聞こえなくなってしまうのです。
へぇ。振動が空気を動かすことで音が出るんだね。
それなら、振動は空気以外の物も動かすことができるの？
いい質問ね！
それでは、実際に、糸電話を作って、空気以外の物で音が伝わるかを試してみましょう。
糸電話の作り方と材料
糸電話を作るのに用意する材料はこちら
作り方
- まず、ハサミかシャープペンシルでコップの底に穴を開けます。
- ひもをカップの底の外側からそれぞれの穴に通して、カップの中で抜けないように端を結びます。ひもの端をテープでカップの内側に貼っておいてもよいでしょう。
これで糸電話のできあがり！簡単でしょう？
それでは、カップの1つを友達に渡して、もう片方を自分で持ち、ひもが2つのカップの間で一直線にピンと張るまで、お互いにゆっくりと歩きながら離れます。
糸電話で話をしてみよう
さて、あなたが自分の糸電話のカップに向かって話している間、友達にカップを耳に当てるように伝えてください。
友達はあなたの声をカップの中から聞くことができますか？
逆も試してみましょう。カップを自分の耳に当ててみて、今度は友達に話してもらいましょう。
友達の声が聞こえますか？
実際に、テストをしてみたら分かりやすいわよ。
カップを使わずにさっきと同じ声の大きさで友達と話をしてみて。相手に聞こえる？
カップやひもが音を伝えるなんて不思議ね、もっと糸電話の仕組みを知りたい！
糸電話のひもが音を伝える仕組み
糸電話を使うと、まず、あなたの声でカップの中の空気の粒子が振動し始めます。
その振動が、カップの底を振動させ、ひもを同じように動かします。
次に、その振動した糸が、もうひとつのカップの底を動かします。
すると、振動したカップの底が、中の空気中の粒子を動かし、あなたの友人の耳に振動が届くのです。
実は、糸電話のひもは距離が離れても、空気のように音の振動を弱めることなく強く伝えることができます。
糸電話の糸が音を伝えるのに必要な条件とは
では、さらに実験をしてみましょう。
先程より友達に少し近づいて、ピンと張った糸を今度はゆるめてください。
カップの間に糸がぶら下がった状態で、友達の声が聞こえますか？
次に、2つのカップの間の糸を指でつまんでみてください。
音が全く聞こえなくなりましたね。一体どうしたのでしょうか？
つまり、音が伝わらないのです。
それを確かめるために、お友達にもう一度遠くに移動してもらって、再び糸をしっかりと張ってもらいましょう。
そして、指で糸を弾いてみてください。
糸が上下に動いているのがわかりますか？
今度は、糸がゆるむ所まで近づいて、もう一度、糸を弾いてみてください。
糸は少し動きますが、振動し続けることなく、止まってしまいますね。
どうですか？糸が動くためには、糸をピンと張ってなければならず、ゆるむと振動が伝わらなくなってしまうことが分かると思います。
いろいろな糸電話で実験してみよう
今までに、遠くの人の声が聞き取りにくいと感じたり、全く聞こえなくなってしまったりしたことがあるでしょう。
今回の実験で、その理由が分かりましたね。
「音を伝えるための（空気の）振動が十分でなかった」ために声や音が聞き取りにくくなっていたのです。
ここで紹介した実験以外にも、糸電話を使って音の仕組みを理解する方法はたくさんあります。
たとえば、紐を少しずつ長くしていき、音が消えてしまうのはどこまでの距離か？といった糸電話の長さの限界の実験。
他にも、糸を繋げる人の人数を増やしても音は伝わるのか？
糸を太い毛糸にしたり、針金、ビニールや麻の紐と種類を変えたり、コップの材質を変えたりすると何が起こるのか？
というように、自分の疑問に思ったことや気付いたことを糸電話でどんどん試してみてください。
きっと音についての楽しい発見がありますよ。
