【自由研究】300円で「音の正体」が見える！スリンキーで作る最強の波動マシン

サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。

「波」と聞くと、どんな景色を思い浮かべますか？ 多くの人は、海でザブーンと寄せる「水の波」を想像するかもしれませんね。でも、理科の世界では「波」はもっと広い意味を持っています。私たちが聞いている「音」、見ている「光」、これらもすべて波の仲間なんです。

特に「音」は、空気がぎゅっと「密」になったり、スカスカに「疎」になったりしながら伝わる、ちょっと特殊な「縦波（たてなみ）」です。でも、空気の振動なんて、目に見えませんよね。「音の正体が波だ」と言われても、ピンとこないかもしれません。

理科室では、そんな目に見えない波を「見える化」するために、波動用のスリンキー（バネ）や水平すだれという実験道具を使います。これらは生徒が「おおっ！」と驚き、感動するとても良い実験です。

そこで先日、ストローで作る安価な水平すだれを紹介しましたが、今日はさらにスゴいものをご紹介します！誰もが一度は遊んだことのある、あのおもちゃのバネ（レインボースプリング）を使って、減衰（げんすい）の少ないきれいな縦波を観察できる、最強の「波動マシン」の作り方です。

しかも、材料費は全部で300円程度！

簡単にできる上に、この装置の本当にすごいところは、笛や管楽器の中で「音」がどう響いているのか（気柱の振動モデル）まで、生徒に見せることができる点なんです。ぜひ、自宅で「音の正体」を作ってみてくださいね！

科学のレシピ：300円スリンキー波動マシン

用意するもの：おもちゃのバネ（レインボースプリング）、糸、ビニールテープ、ワイヤーネット（62cm×19cmなど、100円ショップで手に入るもの）、ハサミ

手順：

１　スリンキー２つ（またはそれ以上）をテープでつなげて、長くします。

２　ワイヤーネット（62cm×19cm）に、糸をつかってバネを吊り下げていきます。（下の写真を参考に、バネがたるまないように、こまめに吊るすのがコツです）

これで完成です！

「縦波」と「音の正体」を観察しよう

遊び方は簡単です。ワイヤーネットの片方の端をもって、もう片方のバネの端を手で素早く前後に押したり引いたりします。

すると…バネの「密（混んでいるところ）」と「疎（空いているところ）」が、波になってスーッと伝わっていく様子が見えるはずです！これこそが「縦波」。私たちの耳に届く「音」も、空気中でまさにこれと同じことが起きているのです。

なぜ、この装置だときれいに波が伝わるのでしょう？ もしバネを床に置いてしまうと、床との「摩擦（まさつ）」によって、波のエネルギーはすぐに失われてしまいます（これが減衰です）。 この装置では、バネをたくさんの糸で吊るすことで、摩擦の影響をほぼゼロにしています。だから、波のエネルギーが失われにくく、遠くまで美しく伝わるんですね。

応用編：笛が鳴る仕組み「定常波」を再現！

この装置の真骨頂は、ここからです。 ただ波を送るだけでなく、バネの端をリズミカルに（一定の振動数で）揺らし続けてみてください。 すると、あるタイミングで、波が進むのをやめたように見えませんか？

その場で激しく振動する場所（腹）と、まったく動かない場所（節）が交互に現れます。 これが「縦波の定常波（ていじょうは）」です。

動画の最後のほうでは、左側（揺らしている手）が「腹」、右側（固定した端）が「節」となり、その間にもう一つ「節」ができている定常波の様子を再現してみました。

この図（動画の様子）は、実は「片方が閉じた笛（閉管）」の中で、特定の高さの音（専門的には3倍振動といいます）が鳴っているときの、空気の振動の様子とまったく同じ形なんです！

目に見えないはずの「音の正体」や「楽器が鳴る仕組み」が、おもちゃのバネで「見える化」できる。これぞ科学の面白さですね！

いかがでしたでしょうか。お子さんと一緒にぜひ手作りをしてみて、揺らし方を変えながら「節」がいくつできるか、いろいろな波を起こして探求してみてください！

PS　応用編として、このワイヤーネットを何個も連結させていくと、体育館でも使えるような、さらに感動的な装置ができあがりますよ！

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