헬륨가스를 마시면 목소리가 변하는 이유는?

Question

헬륨가스를 마시면 목소리가 변하는 원리가 어떻게 되나요? 그리고 헬륨가스를 마시면 인체에는 무해한건지 궁금해서 문의드립니다.

꾸준한독서가 · Accepted Answer

안녕하세요. 이영훈 과학전문가입니다.헬륨 가스를 들이마시면 음파가 다양한 매체를 통과하는 방식 때문에 목소리의 높낮이가 바뀝니다. 헬륨은 공기보다 밀도가 훨씬 낮습니다. 즉, 음파는 공기보다 헬륨을 통해 더 빠르게 이동합니다.소리의 높낮이는 음파의 주파수에 의해 결정됩니다. 말할 때 성대가 진동하여 공기를 통해 귀로 전달되는 음파를 생성합니다. 목소리의 높낮이는 이러한 음파의 주파수에 의해 결정됩니다.헬륨 가스를 흡입하면 성대에서 나오는 음파가 공기보다 훨씬 빠르게 헬륨을 통과합니다. 이로 인해 음파의 주파수가 증가하여 목소리의 음높이가 높아집니다.

길례씨 · Answer

안녕하세요. 과학전문가입니다.헬륨은 공기에 비해 가볍도 밀도가 낮습니다.우리는 공기가 성대를 지나가며 성대의 떨림을 통하여 소리를 냅니다.헬륨을 마셨을때 성대 주변에 헬륨이 있게 되고 소리가 일반 공기보다 헬륨으로 이루어져 있는 성대주변에서 소리가 더 빠르게 이동합니다. 밀도가 작은 경우 소리의 이동이 더 빠르거든요. 그럼 성대도 더 빠르게 떨리며 상대적으로 고음이 나오게 됩니다.이러한 이유로 헬륨을 마시게 되면 평소보다 높은 소리가 나게 됩니다.도움이 되셨으면 추천 좋아요 부탁드립니다. ^^

하얀도화지113 · Answer

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.동일한 온도에서 헬륨의 밀도는 공기보다 작기 때문에 헬륨을 통과하는 소리의 속도는 공기를 통과하는 소리의 속도보다 빨라집니다. 진동수가 증가하기 때문입니다. 그러므로 헬륨 가스를 마신 다음 말을 하게 되면 목소리의 진동수가 증가하여 평상시보다 높은 소리가 나오는 것입니다. 관악기 내부를 헬륨 가스로 채우고 연주를 해 보아도 목소리의 경우와 마찬가지로 평상시보다 높은 음으로 들리게 되죠.헬륨 말고도 공기보다 작은 기체를 마시면 목소리 변환이 가능합니다.

아인슈타인 · Answer

안녕하세요. 이주성 과학전문가입니다.이는 ‘생활 속 공기’와 헬륨가스 간의 밀도 차이 때문이라고 할 수 있는데요. ​일상적인 공기는 질소(70%)와 산소(23%) 등으로 구성됩니다. 환경을 0℃와 1기압으로 통제했을 때 일반적인 공기의 밀도는 리터(ℓ)당 1.25g쯤이라고 하죠.​반면, 수소 다음으로 가벼운 기체중 하나인 헬륨은 같은 환경에서 ℓ당 밀도가 0.18g쯤에 불과하다고 합니다.​소리의 높낮이를 결정하는 진동수는 통과하는 기체의 밀도에 따라 변화하는 특성을 가집니다.​따라서 헬륨의 밀도는 일상의 공기보다 7배 이상 낮기 때문에 기체 내 장애물이 비교적 적어, 소리가 빠르게 통과할 수 있는 것이죠.​일반적인 공기처럼 기체의 밀도가 높은 경우에는 소리가 기체를 통과하는 속도가 느리기 때문에 저음의 목소리가 나옵니다.순수한 헬륨이라고 가정한다면 소리가 빠져나오는 속도는 일반적인 공기보다 3배쯤 빠른데, 이에 따라 소리도 3배 정도 높은 음이 발생하게 됩니다.실험실의 순수한 헬륨과 달리, 우리가 흡입한 헬륨가스는 인체 내부에서 질소와 산소 등 기존의 공기와 함께 혼합되어 존재합니다.​따라서 소리의 통과 속도는 순수한 헬륨보다 비교적 느릭므로평소보다 2배 정도 높은 목소리가 나온다고 할 수 있습니다.

화학

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헬륨가스를 마시면 목소리가 변하는 이유는?