音速(秒速340m)の2倍!姿を消した伝説の旅客機コンコルド

音速とコンコルド 中1理科

ミレニアム・ファルコン(ファルコン号)は、映画『スター・ウォーズ』に出てくる宇宙船です。

ミレニアム・ファルコン
https://starwars.disney.co.jp/character/millennium-falcon.html

ファルコン号は、悪の帝国軍との戦いでは数々の危機を乗り越えて大活躍する、『スター・ウォーズ』には絶対に欠かせない素晴らしい宇宙船です。


しかし見た目がとてもボロいので、主人公のルーク・スカイウォーカーが初めて見た時には、「なんじゃこの粗大ゴミは!(What a piece of junk!!!)」と言われてしまいます。

すぐに故障するし、しかも叩いたら直るので、たしかに高性能の宇宙船にしては昭和のテレビみたいな性質を持っている、かわいい宇宙船です。

昭和のテレビ
故障したとき、なぜか叩くと直った昭和のテレビ。スーパーファミコンも叩いたら直った

ファルコン号は素晴らしい宇宙船で、なんと最高スピードは光速の1.5倍です。光速は秒速30万km なので、ファルコンは秒速45万kmほどでしょうか。


アインシュタインを始めとした世界トップクラスの物理学者の理解では、ある物体が光よりも速く動くことは不可能であるとされています。だから、ファルコン号のような宇宙船は絶対に存在しません。


それでも、もし将来的に物理学がもっと発展すれば…?光速を超える、ファルコン号のような宇宙船ができたら乗ってみたいですよね!

Dr James O’Donoghue  👆は光の速さ。ファルコン号はこれの1.5倍速い。

現在の科学では、光速を超える乗り物なんて、想定すること自体不可能です。少なくとも、現代の物理学者が「アインシュタインは間違っていた」ことを証明しなければなりません。あなたが生きているうちに、ファルコン号ができることは無理かもしれませんね。


しかし……!音速を超える飛行機なら、割と誰でも気軽に乗れる時代があったことを知っていますか?


音速を超えた史上初の旅客機、その名はコンコルド

コンコルド
1969年撮影のコンコルド

今回は、今や伝説となっている旅客機コンコルドを例に挙げつつ、音速(音の速さ)について学んでいきましょう!

🎸 音速は、秒速340mくらい

前回では、スター・ウォーズのインチキを見破りながら、「音とは、空気の振動が波になって伝わる現象である」ことを学びました

音速
  • 友達の声
  • 電車の音
  • 楽器の演奏
  • テレビ/YouTubeの音

などなど、全ての音は一瞬で耳に届いているように思えるので、とても速そうです。


実際、この音の速さ(振動の波が伝わる速さ)はとても速く、具体的には 秒速340m です!


音源から出た音は、だいたい1秒に340m進む速さであなたの耳(鼓膜)に届きます。

音速は秒速340m

厳密に言えば、音の速度は、

  • 気温
  • 湿度

など、複数の基準によって少しずつ変わります。

いろいろな速さ比較

ここで音速の秒速340mの速さを実感するため、いろいろな物の速さを表にまとめてみましょう。

説明m/s (秒速メートル)km/h (時速キロメートル)
🏃🏾‍♂️ ウサイン・ボルト100m世界記録保持者10.4 m/s37.4 km/h
🐅 チーター地上最速動物27.8 m/s100 km/h
🚅 新幹線東海道新幹線の最高時速79 m/s285 km/h
🏎 F12005年記録の最速記録104 m/s373 km/h
✈️ 飛行機機種による差は小さい250 m/s900 km/h
🎸 音速地上340 m/s1200 km/h
💡 光速地上299792458 m/s300000 km/h

上の表の中から、

  • 🚅 新幹線
  • 🏎 F1
  • ✈️ 飛行機
  • 🎸 音速

の4つを抜粋し、それぞれの速さの違いを可視化してみました。

新幹線や音の速さ比較

一番下の音速は、とてつもなく速いことがわかりますね。新幹線やF1は目の前を一瞬で過ぎ去っていきますが、音速はその4倍ほども速い。ほとんどの音が時間差なく耳に届くのには納得です。

音速は光と比べると異常に遅い

音速はめちゃくちゃ速い!!!といってもと比べてしまうと、次元が違うくらいに遅く見えます

🎸 音速地上340 m/s1200 km/h
💡 光速地上299792458 m/s300000 km/h
  • 音速… 1秒に340m進む
  • 光速… 1秒に2億9979万2458m進む

同じ1秒間でも、光は音の88万倍の距離を進むことができます。音が1m進む間、光は880km進むのです。次元が違いますよね。

⚡ 雷の音が遅れて聞こえる

音と光のスピードの差がよく分かる現象に、「雷の音が遅れて聞こえる問題」があります。

稲妻

物体が目に見えるのは、物体からの光が目に入るからです。雷が見えるのは、その光が目に届いたから。光のスピードは速すぎるので、そこにもはや時間差はありません。


例えば、雷の発生場所より340m離れた場所にいるとします。

340m離れた位置
雷発生時、340m離れた場所にいたとする

例えば18時00分00秒に雷ができた場合、その雷からの光は一瞬で目に届くので、ほぼ18時00分00秒に雷を見ることができます。


しかし音速を秒速340mとすれば、音が340m進むには、ちょうど1秒かかります。したがって、雷の音が耳に届くのは、 18時00分01秒のときです。

雷の音が1秒ずれる

1秒のズレが起こるので、1秒間は雷だけが見えて、その後やっと音が聞こえることになります。


もちろん、距離が離れれば離れるほど、そのズレは長くなっていきます。例えば雷から680m離れた場所にいる場合は、雷が見えてから音が聞こえるまで約2秒かかります。


秒速340m(1秒に340m進む速さ)の音が680m進むためには、680÷340 = 2秒かかるからです。2秒も音がズレると、変な感じになりますね。

距離と音のズレ

この時間差から、「音速は速いけど、光速に比べたらかなり遅い」ことが分かります。

音が聞こえる時間から、距離を計測する

例えば、雷が見えて3秒経ってから音が聞こえたとします。すると、340×3 = で、「1020m離れた場所で雷が落ちた」ことが分かります。

音のズレと雷との距離

上図のように、「雷と自分の距離」は簡単に計算できます。必要なのは、

  1. 音速は秒速340mくらい(気温などで変わる)という知識
  2. 雷が見えてから音が聞こえるまでの時間

の2つだけ。


雷が見えてからほとんど同時に音が聞こえたとしたら、雷はすぐ近くに落ちていることになります。すぐに身の安全を確保しましょう。

気象庁によると、雷は場所を選ばずに落ちてくるようです。そして、その近くの高いものに落ちる可能性が高くなるため、

  • 海辺
  • グラウンド
  • ゴルフ場

など開けた場所では人に落ちる可能性があります。すぐに室内に逃げましょう。電柱や木など高いものからは4m以上離れるのが鉄則のようです!

雷から身を守るには 気象庁

やまびこから、山の距離も分かる

やったことがない人もいるかも知れませんが…、「やまびこ」という、ヤッホー、と山に向かって叫び、ヤッホー、と返ってくることを喜ぶ地味な遊びです。

やまびこ

山に向かって何か叫ぶと、音が山にぶつかって跳ね返り、自分に返ってきます。

やまびこの図

もし、自分が「ヤッホー」といってから、6秒後にやまびこの「ヤッホー」が返ってきたとします。このときの、自分と山との距離を計算できますか?

やまびこと山の距離

6秒後に聞こえたということは、あなたの声は片道3秒で山に到着したということです。音速を、だいたい秒速340m だとすると……、340×3 で、1020mとなります。


自分が叫んだ位置から山までは、約1kmであることが分かりますね。音に関する知識を持っていると、全ての現象が面白くなります。

🏊‍♀️ 変わる音速

音の伝わる速さ、すなわち音速が秒速340mくらいであるのは、あくまでも空気中でえ、なおかつ温度が20℃くらいのとき。高度や湿度によっても変化します。


もちろん、水中では音速も変化します。水中の音速はなんと秒速1500mほど。空気中より、水中の方が4倍以上も速く音が伝わるのです。

水中での音速
水中の方が音は格段に速い
音が伝わる場所速さ(約)
地上(空気)343m/s
1480m/s
3940m/s
5290m/s

音の速さ(なぜ鉄の中では、音が速く伝わるか?)

光では、空気中よりも、水やガラス、ダイヤモンドなどの方が速度がかなり遅くなりました。しかし、音はその逆に、水やガラス、ダイヤモンドなどの方が速度が速くなる性質を持っています。振動が伝わりやすいため、空気よりギッシリ詰まった物質のほうが音が速く伝わります。

魚群探知機

やまびこが返ってくる時間で、山との距離が分かることは説明しましたが、それを水中でも応用したのが魚群探知機です。小さな漁船にもだいたいついてます。

魚群探知機の仕組み
本多電子株式会社

船から海底に向かって音を発射します。音の振動は海底から反射して船に戻ってきます。もし船に振動が戻ってくるのが1秒後なら、

  • 船から海底まで
  • 海底から船まで

それぞれに0.5秒かかったということです。つまり、1秒に1500m進む速さで0.5秒進んだのだから、海の深さは 1500×0.5 = 750m だと分かります。


また、音は魚群にもぶつかって返ってくるので、

  • 魚群がいる深さ
  • 魚群がどれくらい密集しているか
  • 魚群の大きさ

などが分かります。この機能のおかげで、魚を効率よく獲ることができます。

✈️ 超音速旅客機コンコルド

ここで、一般人にも超音速の体験をさせてくれた、伝説の旅客機コンコルドについて学んでみましょう。

コンコルド
下から見たコンコルド。カッコいい姿にファンは多い

コンコルドは、イギリスとフランスで共同開発が進められ、1976年から2003年まで運行した、音速を超える世界最速の旅客機です。生産されたのは、たった20機。


巡航速度は……なんと音速の約2倍!

🎸 音速上空11000m以上295 m/s1062 km/h
🛫 コンコルド上空16000m600 m/s2160 km/h

注: 音速は上空では地上より遅くなります

音速と同じスピードのことは、マッハ1といいます。コンコルドは音速の2倍の速さなので、マッハ2のスピードです。

はるか上空を飛ぶコンコルド

コンコルドは想像を超えるスピードで飛行します。そうなると、機体が空気を圧縮してしまい、機体が熱くなっていきます。隕石が地球に落ちる前に、熱で燃え尽きてしまうのと同じ理由です(断熱圧縮)。


熱を抑えるためには、空気が少ない場所で飛行する必要があります。そのため、普通の飛行機よりもはるか高い場所を飛行します。

コンコルドの表示
速さと高度が常に表示される。マッハ1.96, 上空50500フィート(1万5000メートル)!
Trip Report: New York-London on Concorde! (PHOTOS)

通常の飛行機は、マッハ0.8, 上空33000フィート(1万メートル)くらいを飛行する。

超音速コンコルド、機内食も豪華 🤤

コンコルドの機内食
Trip Report: New York-London on Concorde! (PHOTOS)

普通の飛行機よりかなり高い場所を飛行するので、


「窓から景色を見たら、地球が丸いことも分かるかも!!」


という期待に胸を膨らませたいところですが……、緊急時に飛行機内の空気を守るため、窓はとても小さくなっています。なのであまり景色を楽しむことができないようです。残念。

コンコルドの小さい窓
パスポートやハガキと同じくらいの大きさ。外の景色は楽しみにくい
Trip Report: New York-London on Concorde! (PHOTOS)

しかもあまりのスピードのせいで、触れ続けられないほど窓が熱くなってしまうようです。


音速の2倍で飛んでくれるコンコルド。もし飛行機で海外に行くとき、マッハ2で飛ぶコンコルドがあれば……、ぜひ乗って体験してみたいですよね!

コンコルドの失敗

しかし残念ながら、もうコンコルドに乗ることはできません。コンコルドは音速を超える素晴らしい飛行機でしたが、まずお金がかかりすぎたのです。


コンコルドの設計では、乗客は100名しか運べず、燃料を大量に消費するので遠くまで運ぶこともできません (途中で着陸して燃料補給していたら、速さの意味がなくなる)。


そんな理由から、一回の搭乗料金は最高で200万円近くになっていたようです。

コンコルドのシート
コンコルドの座席。広さはエコノミークラスと同じくらい
https://commons.wikimedia.org/wiki/User:Dschwen

確かに、一般人が音速超え、しかもマッハ2という異次元のスピードを体験できるチャンスはコンコルドだけなので、200万円近い値段を払う価値はあるかもしれません。しかし、やはり安くて広々とした他の飛行機に乗る人も多く、登場人数は徐々に減っていき、チケット料金は数十万円にまで落ちていたようです。


さらに、あまりのスピードにより発生する衝撃波(ソニックブーム)も騒音問題に発展していき、航行できる区域も限られることになりました。

ソニックブーム
ソニックブーム

コンコルドは安全面でも劣っていませんでしたが…、2000年には不運な墜落事故が発生し、乗客と乗員全員、付近にいた人の113名が亡くなる事故も起こってしまいました (コンコルド墜落事故)。


この事故からしばらく運行禁止となり、復活した後も採算が合うことはなく、20機あったコンコルドは2013年に完全に姿を消してしまいました。

現在、一般人は超音速を体験できない

コンコルドに乗れなくなった現在、一般人が超音速を体験する乗り物は存在しません。飛行機もマッハ0.8ほどなので、音速には届きません。


しかしコンコルドはなくとも、宇宙飛行士になれば、コンコルドと比べ物にならないほど速いロケットに搭乗することができます。例えばスペースシャトルは、なんと秒速7.9km!!

🎸 音速上空11000m以上295 m/s1062 km/h
🛫 コンコルド上空16000m600 m/s2160 km/h
🚀 スペースシャトル宇宙(上空400kmほど)7.9km/s28440 km/h

スペースシャトルはどの位の速さで地球の周りを回っているのですか

スペースシャトル
スペースシャトル。速度はマッハ20を超える。

いつかまた我々一般人もコンコルドのような、音速 (秒速340m, 上空高ければ秒速300m弱) を超える飛行機に乗れる日が来るといいですね!そして来来来世くらいでは、ファルコン号のような光速超えの乗り物にも乗ってみたい。

おまけ 〜現代のファルコン号、ファルコン9〜

現代でも、『スター・ウォーズ』のミレニアム・ファルコン(ファルコン号)を目指して作られたロケットがあります。


それが、アメリカの宇宙開発企業スペースXの開発した、ファルコン9です。もちろん、ファルコン号から名前を取っています。

ミレニアム・ファルコンとファルコン9

ファルコン9は2020年5月31日、宇宙飛行士2人を乗せた宇宙船を、時速1万kmを超えるスピードで宇宙に送り、その後自力で地球に着陸しました。

"Let's light this candle." — NASA SpaceX Crew Dragon Launch
  • 0:35… ⏰ 発射10秒前
  • 0:45… 🚀 発射
  • 3:25… 👨‍🚀 宇宙船とファルコン9が分離
  • 10:15… 🛬 ファルコン9 地球帰還

ファルコン9に送り出された、宇宙飛行士が乗った宇宙船の最高速度は時速27,000km(マッハ20ほど)にも及びます。


現代の科学により、ファルコン9のような音速の20倍の乗り物が実現しています。では、『スター・ウォーズ』のファルコン号のような光速の1.5倍の宇宙船を実現するには、あと何年かかるのでしょうか……?

📚 おすすめ参考文献

🍿 参考になった映画

スター・ウォーズ エピソード4/新たなる希望 (字幕版)

スター・ウォーズをまだ観たことがない人のために。


たくさんシリーズがありますが、エピソード4は1977年に公開された最初の『スター・ウォーズ』です。初めて観るなら公開順に、エピソード4,5,6 の順で観るのがいいのではないでしょうか。


古い映画ですが、十分迫力はあると思います。

個人的にはR2-D2とC-3POの2人のドロイド(ロボット)が好きです。あとはぜひ、ボロいファルコン号を観て驚く主人公、ルーク・スカイウォーカーに注目しましょう。What a piece of junk!

▶️ 参考になったビデオ

【ゆっくり解説】コンコルド〜航空界の失敗作【しくじり乗り物】

超音速旅客機コンコルドについての解説ビデオ。このチャンネルは他にもいろいろ面白いですよ。

📱 参考になったページ

超音速機コンコルド、実際の乗り心地は? 経験者が振り返る コンコルド体験記。「乗ってみれば誰でも満面の笑みになるのをこらえきれないはずだ」

Trip Report: New York-London on Concorde! (PHOTOS) 英語ですがこれも細かいコンコルド体験記。とてもワクワクします。

旅客機の速度 実は半世紀以上変わらないワケ かつては「スピード競争」も下火の経緯 2020年現在も、旅客機の速度はマッハ0.8ほど。マッハ2のコンコルドが失敗した理由のヒント

伝説の飛行機コンコルドに乗ってみた! なんと今でもパリのル・ブルジェ航空宇宙博物館に行けば、保存されたコンコルドに乗ってみることができます。やっぱり狭いんですね。

静かな超音速旅客機を実現するために 日本の宇宙航空研究開発機構(JAXA)では、コンコルドの弱点を克服した超音速旅客機を製造する技術を開発しているようです。いつか超音速に乗れる日が来たらいいですね。

Why were the windows on the Concorde about the size of a hand? なんでコンコルドの窓は小さいのか…という質問。機体が破損したときに機内の空気を逃さないため。

ジェット旅客機の速度は? マッハ0.8〜0.85 半世紀 変わりないけど❗️ ジェット旅客機の速さってほとんど皆同じなんですね。

米、「クルードラゴン」で9年ぶりに有人宇宙飛行を再開 現代にもファルコン号は生きているよ!

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