夏休み質問

【夏休み質問】ヘリウムが満ちた部屋では音はどうなる?

個別指導の学習空間 千葉北総エリア 習志野藤崎・佐倉臼井教室の竹村です。

もう9月ですね!9月といえば…科学相談室ですね!!!(?)
…夏に上げ損なっただけなんてそんなことはないよ

こんな質問をいただきました!
Q:「ヘリウムを吸うと声が変な感じになる。では、ヘリウムで満たされた部屋では、音はどう聞こえる?」

そんなこと考えたことあります?これだからこの仕事は楽しいですよ!

A:一言で答えるなら、概ね変化なしでしょう。

色々な変化が起こり、起こる現象を全て想定しきるのが難しい質問ではあります。
こういう時は、似たような事例を考えてみましょう。
我々は通常、「空気」に囲まれて生活していますが、それがすべて別の流体に置き換わる体験をしたことがないかと。
え?ない??いやいや。
一つ心当たりがあります。多分、生徒さんでも、大半の人はあるんじゃないかと思います。
「水中」です。
流石に肺や耳の中までは置き換わりませんが、状況的にかなり近そうです。
水中で音ってどう聞こえますっけ?
え?聞いたことない??今度試してみて下さい。
距離感に大きな変化がありますが、音の高い低いは直接にはズレないです。
少なくとも、「たたいた時の音の変化」は、「ヘリウム吸引時の声色の変化」と比べるとかなり少ないはずです。

ここから高校レベルの知識も交えつつ。
距離感が変わるのは、媒質の音速が変わるためでしょう。水中の方が音速が早いです。
伝わる音の振動数は変化しません。物体の固有振動数(音源)にも、直接には影響しません。
このため、音を伝える媒質がヘリウムの場合も、既に鳴った音の高低は変化しないでしょう。
つまり、「どう聞こえる?」に関してだけ答えれば、「変化なし」です。

ただし、気柱の共鳴は大きく条件が変化します。空洞が鳴る場合ですね。
つまり、空洞が絡む場合、音自体が変化します。ヘリウム吸引時に声が変わるのは、声がこの空洞を鳴らすタイプの音の出し方だから、と解釈できます。
肺には空気を入れている水中では、そのため声の変化はほぼありません(そもそも声を出すのが非常に難しいですが…)。
しかし、ヘリウム充填下では、声は変化しっぱなしになりますね。
わかりやすいとこ、楽器は明暗が分かれます。管楽器など、共鳴が絡む場合は全て音が変化するはずです。打楽器・弦楽器は、直接には変化ないはずです。ただし、バイオリン、木琴など、打・弦でも、本体の空洞部による共鳴を利用している楽器は多く、本当にまったく変化しないという楽器は少なそうです。具体的に、ピアノはそんなに音変わらないけど、リコーダーは大幅に音が変わるなんて現象も予想されます。
オーケストラやったらすごいことになりそうですね。。
吹奏楽など、菅を使った楽器のみで編成して通常通り演奏すれば、変調した感じになる…?

生活音だと、机を叩く音や歩く音、時計の音は変わらなくても、換気扇の音や風の音、複雑なのだと、トイレの流した時の音も部分的に変わりそうです。とはいえ、この辺は現象自体が複雑でちょっと予想しきれませんね…だれか、機会があったら試してみて下さい!

千葉の塾なら個別指導の学習空間

【夏休み質問】暗黒物質って何?

個別指導の学習空間 千葉エリア 習志野藤崎・西白井教室の竹村です。

こんな感じの質問が複数ありました!
Q:「ダークマターってなんですか?」

…教室に「ダークマターとダークエネルギー」って本をこれ見よがしに置いたのは内緒です。

A:正確なところはわかりません!
念のため言えば、「知りません」ではなく「わかりません」。
わからないあたりがダーク(暗黒)なマター(物質)なんですね。
この質問、私も高校生のころから疑問なんですが、まだ解明できていないようです。
ただ、最近調べたら当時よりわかっている部分が少し増えてましたね。
私なりにまとめます。

・宇宙中に存在する(と思われる)何かしらの物質である。
地球上にも存在するはずですが、なぜわからんのかというと…

・今のところあらゆる方法で観測不可。接触不可(?)。
見えるというのは、電磁波が出るか、反射吸収するかなのですが、それがないようです。
接触も多分不可能。触るって現象も、こういう世界では当然ではなかったりします。
そんな幽霊より幽霊してるモノがなぜ存在するといえるのか、なぜなら…

・存在しないとすると、宇宙の成り立ちが説明できない。
今わかっている物理法則と、観測した宇宙の様子を見比べると、つじつまが合わないようです。
その合わない部分を突き詰めていくとき、最も有力な説が、このダークマターの存在ということです。

そのつじつまを合わせるべく想定されたダークマターの姿は、書いたように、あるけど無いモノです。
我々の知る物質に干渉してくる要素が、「質量をもつ」の一点のみかもしれないようです。
そのうえ、地球上という規模では存在が薄すぎて、存在する証拠が見つけられていないと。
ただ、干渉できる以上、小さいとか微小だとかは「気合」でなんとかなるかもしれないようです。
似たような特性のニュートリノとか、ぶつかった瞬間を「気合」でとらえてますからね。
とにかく、今のところ実測できていないということです。
→「気合」と表現した部分は、カミオカンデの仕組みを調べてみてください。
私にはあれは気合としか表現できません。あれほんとうにすごい(語彙力不足)。

本当はもう少しわかっている部分があるのです。
ただ、文章量的にも私の理解・説明力的にも今はここまでです。
物足りないと思った方、まずは昔わかってた物理法則をマスターしてください。何ならそこまではお手伝いします。
したら、勢いで今わかってる物理法則をマスターして、私の代わりにこの正体を探ってきてくださいな!
千葉の塾なら個別指導の学習空間

【夏休み質問】クローンは自分の記憶を引き継ぐ?

個別指導の学習空間 千葉エリア 習志野藤崎・西白井教室の竹村です。

こんな質問をいただきました!
Q:「無性生殖で増えた個体って、元の個体と同じ遺伝子もってるんですよね?となると、元の記憶を引き継ぐ???」

本人とはこんな話題から、遺伝子やDNAの話題から、クローンやら分身の術やら、ガンの原理やら何やらいろいろ花咲いちゃいましたが、主題はテーマ分のとおり。

A:一言で答えるなら、引き継ぎません。
遺伝子が同じというのは、生まれつきの能力や特性(形質といいますが)が同じということです。
生まれたに手に入れた能力や特性(怪我や記憶も含みます)は含まれません。

見た目がそっくりな双子の人に会ったことがあるでしょうか。
その2人は別人ですよね?そういうことです!

クローン技術も、通常無性生殖のできない動物に対して使うので、何か特殊なことに見えますが、無性生殖とこのあたりの事情は同じです。
微妙なところ、性格や価値観、好みは、どこまで生まれつきで、どこまで生まれた後のものか、なかなか難しい部分があります。
そのため、記憶は別でも、同じことに対して同じようなリアクションをする場面はありそうです。

アメーバなどの分裂だと、もう少し引き継ぐ要素が増えるのかもしれませんが…単細胞生物って記憶力あるんでしょうか。
誰か知ってたら教えてください!
千葉の塾なら個別指導の学習空間

【夏休み質問】万有引力の大きさ

個別指導の学習空間 千葉エリア 習志野藤崎・西白井教室の竹村です。

こんな質問をいただきました!
Q:「重力は質量が重いほど大きいと聞きます。体重が重い人はその分、人を惹き付ける力が強いはず!!!」

質問…?

A:重力→万有引力と修正したうえで。
確かに、万有引力は質量が大きいほど大きくなります。
惹き付ける…はわかりませんが、引き付ける力もつまり、大きくなりますね。
どの程度でしょうか

以下、ひと段落読み飛ばしてもいいです
万有引力はF=GmM/r^2で計算できます(数式エディタとか使えないので表記ユルシテ)
今回の状況では、
万有引力定数G=6.67×10^-11[Nm^2/kg^2] ※とても小さな値です
対象の質量はm=50[kg]としましょうか。中3男子なら大体このくらいでしょう。
自身の質量はM=50[kg]or100[kg]で比較しましょう。私は四捨五入で50kgくらいです。
二物体間の距離は計算しやすくr=1[m]とします。質点間の距離なので、肌と肌の距離はもう少し近いです。隣について指導してると、この程度の距離でしょう。

この前提で電卓叩くと、
50kgの人の、相手に及ぼす万有引力の大きさは約0.00000017N
100kgの人の、相手に及ぼす万有引力の大きさは約0.00000034N
です。単純に、100kgの人は50kgの人の2倍の引き付ける力を発揮しますね!
ところで、0.00000017Nがどの程度かというと、約0.000000017kgの重さ相当、このうっとおしい0の山を単位に収めると、約17μg(マイクログラム)となります。「見えるか見えないか程度の砂粒1粒レベルの重さ」と同等の引き付け力の差ですね!

まるで効果ないです痩せましょう
惹き付ける力が強いのかという質問?の答えに関しては…えー、数値だけで測れないところもありますよね!わかりません!
千葉の塾なら個別指導の学習空間