質問: 熱と音の関係 私は以前から、このような疑問を抱いていました。 冷めたマグカップなどにインスタントコーヒーを入れて、スプーンでかき混ぜている時、スプーンがカップに当たって生じる音が、高くなっていくように思うのです。 このことを、職場の仲間に言ったところ「そんなわけがない」「音の高さも変わっていない」と一蹴されてしまいました。 でも、コーヒーを作るたびに私の耳には、音が高くなっていくような気がしています。 音が高くなるというのは、モーターやエンジンの回転数が高くなっていく時のような感じのことです。 私個人の解釈では、カップが温められたときに膨張していくことが関係しているのだと思っています。
回答: 物体には普通、固有振動数というものがあります。これがあるので、鐘などは、一定の振動数の音で響きますし、色々な楽器が色々な音を出せます。つまり、弦楽器だと、弦の長さを変えると、共鳴振動数つまり、その状態の弦の固有振動数が変化するのです。 マグカップとかコーヒーカップだと、破損などしない限り、その固有振動数は一定です。スプーンを当てて、響く音は、この固有振動数の音です。 物体の固有振動数は温度で変化するはずなのですが、検索エンジンで調べても、そういう説明ページが見つかりません。そこで、考えると、温度によって、カップなどは、「膨張」します。膨張するということは、カップの大きさが変化することで、この場合、固有振動数が当然変化します。 従って、膨張を元に、カップなどの固有振動数は変化するということは確実に言えます。 熱い状態だと、カップが膨張しているので、共鳴する場合の波長が長くなっているはずで、冷えて来ると、波長が短くなって来て、すると、振動数が高くなります。大きなカップより、小さなカップの方が高い音が出るというのと同じ原理です。 こういうことで、仰られて温度によるカップの音の変化が説明できると思います。(音を伝達するコーヒーの液体や空気も、温度によって伝達する波の振動数に変化が生じるのは無論です。この効果も加わるのですが、元々、カップ自身の固有振動数が変化するのだということです)。