2点の位置関係はいかなる場合も相対的 2/2

話を位置の相対性に戻そう。
波の到達点という位置の場合はどうであろうか。
果たしてこの位置と観察者の位置は相対的となるだろうか。

音速は温度と気圧が同じ空気という
媒体の中で変わらない。
しかし、この媒体に対して音源も
観測者も移動することができる。
風が吹いても同じことがおき、
見かけの音速は変わる。

無風状態=大地に対して空気が静止していて、
音源は観測者から離れるように移動するとする。
観測者が音源に向かって移動すると
発せられた音は、音が発せられたときの
観測者の位置より音源に近い位置で
観測者に到達する。音が観測されるのは
元の位置よりも早い時間になる。

これは、風が観測者に向かって上記の
観測者と同じ速さで吹いているときも同じで、
音は同じ時間で到達する。

図1、2、3 参照

図の説明
1.は音源も観測者も、媒体(空気)も
大地に対して静止している場合である。
理解しやすくするために、また波の
到達点の参照とするために考えてみる。
最も単純なケースである。
音速も見かけ上の音速も 340m/s と
なり、音が観測者に届くまでに1秒以上
の時間がかかる。

大地はこの現象の当事者ではない。
しかし私たちは大地を中心に考えるので
分かりやすくするために入れた。
当事者は、音源と、観測者と、媒体だけでsる。

私たちは当事者ではない大地を常に
考えてしまうということを頭にいれて欲しい。
全ての速さは大地に対する速さである。
それが私たちの生存に大きく関わるからである。
しかし、このことが物事の本質を分かりにくく
している面がある。

2.は風が無い=媒体が大地に対して
静止していて、音源と、観測者が同じ
方向に移動しているケースを考えた。
この場合は観測者が音源に対して
移動する速さ分だけ、音は早く到達する。
見かけ上の音速はその分早くなる。

3.は音源と観測者は大地に静止していて
風が吹いていている場合を考えた。
この場合も媒体が観測者に対して
移動する速さ分だけ、音は早く到達する。
見かけ上の音速はその分早くなる。

実は2.と3.は当事者でない大地を
除いて考えてもOKである。
2.と3.は等価とか、言う意味ではなく
まったく同じ現象を、固定するものを
変えて見ているだけである。

位置の相対性という意味で、何を
基準に考えてもかまわない。
通常は当事者ではない大地を
基準に考えるので、2.と3.は
違う現象と考えてしまうが、まったく
同じ現象を、固定する基準を
変えて見ているだけである。

少なくとも音という波に関しては、
位置の相対性が成り立つということが分かる。

空気中の音は媒体が空気という音源に対しても
観測者に対しても分かりやすい相対速度
を持つものであった。

余談だが速度は別に断らなくとも
相対速度しか存在しない。
この原則を破るものが光速である。
次回はこのことについて考えたい。


「2点の位置関係はいかなる場合も相対的」完
筆者:hayana

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