波動と音
音の強さと距離
再生を押すと、強度は 1/r² で減衰します。観察者を動かして I と L を観察してください。
音の強さと距離 — インタラクティブな波動と音シミュレーション。再生を押すと、強度は 1/r² で減衰します。観察者を動かして I と L を観察してください。 ブラウザで使える無料の仮想物理実験室。SI 単位のライブ測定とガイド付きチュートリアルを備えています。
逆二乗則（強度）
三次元の点音源から音の強度は 1/r² で減衰します。
仕事率は面積 4πr² の球面に広がるため、I = P/(4πr²) です。距離を2倍にすると強度は1/4になります。
- I = P/(4πr²)
- I ∝ 1/r²
捜査概要
ラボを開く前に質問を計画する
このブリーフは事前レンダリングされたページを反映しています。探究の問い、競合する予測、変数の役割、支配する法則、設定、分析と発展の問いを、この順序で表示します。
運転に関する質問
スピーカーが全方向に同じように音を放射します。聞き手が2倍遠くへ移動すると、音の強さはどれだけ低下しますか？
検討する予測
- 強度は 1/2 になります。距離に比例して低下するためです。
- 強度は 1/4 になります。距離の二乗に反比例するためです。
- 強度は距離によらず同じです。
可変的な役割
設定するもの：
- 距離 r (m)
測定するもの：
- 強度 I (µW/m²)
実験の進め方
- sound-intensity プリセットを開いて Reset を押します。音源は全方向に 0.05 W を放射します（球面状の拡散）。
- 観測者の強度読み出しを有効にします。
- 各試行で音源から観測者までの距離を設定し、強度を記録します。
支配方程式
音の強度の逆二乗則 — I = P/(4πr²)
全方向に等しく放射されたパワーは面積 4πr² の球面に広がります。単位面積当たりのパワーである強度は音源からの距離に対して 1/r² で低下します。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- 1回の試行について P = 0.05 W を用い I = P/(4πr²) を計算し、µW/m²（1 µW/m² = 10⁻⁶ W/m²）で表します。表と比較します。
- 球の表面積 4πr² を使い、音のパワーが外へ拡散すると強度が 1/r でなく 1/r² で低下する理由を説明します。
実験以外での活用
- 距離を2倍にすると強度は1/4になりますが、音量（デシベル）は距離を2倍にするたび一定量しか下がらないように感じます。sound-decibel 実験を見て、強度比 ×4 を一定の dB 差に変える関数の種類を答えます。
- この実験は全方向への等放射を仮定します。メガホンは音を細い円錐に集中させます。同じ距離で集中音源の 1/r² 則はどう変わると予想しますか？
- AP Physics 2 — Unit 14: Waves, Sound, and Physical Optics
- IB Physics — C.2 Wave model
- General High School Physics — Waves & sound
- NGSS High School Physics — Wave properties
- 音の強度へようこそ
- 観測者を選択
- 再生
- 距離とともに弱く
- インスペクターを開く
- 完了です！
インタラクティブなシミュレーションを開いてシーンを構築し、再生ボタンを押し、リアルタイム測定とガイド付きチュートリアルで探索しましょう。