Wat is Geluid?
- Gepubliceerd in Mechanica
- Reageer als eerste!
Wanneer een voorwerp in rust is zit het in zijn evenwichtsstand. Als het voorwerp dan uit zijn evenwichtsstand wordt gehaald en dan loslaat maakt het voorwerp een trilling. Als het dan heen en weer beweegt en telkens de evenwichtsstand passeert is de trilling periodiek. Dit betekent dat de trilling zich steeds herhaalt ne een bepaalde tijdsduur.
Amplitude = de maximale uitwijking van een voorwerp. A= umaximaal.
U= dan de uitwijking.
Trillingstijd is de tijd die precies 1 trilling nodig heeft om te trillen t(s) Frequentie is het aantal trillingen per seconden f(Hz)
De formule voor de frequentie is:
f=
De hoeveelheid trillingen bepaalt de toonhoogte en de hoorgte van de amplitude de luidheid van een geluid.
Nadat een voorwerp in trilling is gebracht zal de trillingstijd hetzelfde blijven maar de amplitude wordt steeds kleiner dit komt door demping . Deze tirlling heet dan een gedempte trilling.
Een oscilloscoop is een apparaat dt een elektrische spenning als functie van de tijd kan weergeven. Een beeld op een oscilloscoop heet een oscillogram.
De trillingstijd op een oscilooscoop kun je dan berekenen door het aantal hokjes van 1 trilling keer de ms/div te doen en dan krijg je de tijd van een trilling in ms Let op dit moet je meestal in seconden zetten. 1ms = 1*10-3 s
Een harmonische trilling is als de (uitwijking,tijd)-grafiek een sinusvormige kromme heeft.
Formule veerkracht=
Fveer= C*u
F in Newton
C is de veerconstante in N/m
U is de uitrekking van de veer in meters
- Richtingen naar rechts zijn positief en naar links negatief.
- Een plaats naar rechts van de evenwichtsstand is positief en links negatief.
De formule voor de trillingstijd van een massaveersysteem:
T=2π √
T= trillingstijd in (s)
m= massa (kg)
C= veerconstante (N/m)
De formule voor de trillingstijd van een slinger:
T=2π√
g= de valversnelling in m/s2
L= de lengte van de slinger gemeten van het ophangpunt tot het zwaartepunt van de massa aan het touw (meters)
Als je een touw snel vanuit de beginstand omhoog brengt en weer terug naar de beginstand heeft het uiteinde een halve trilling gemaakt. Je ziet dan door het touw een bult die zich voortbeweegt dit heet een golfberg.
Als je dit touw wat langer heen en weer beweegt onstaan er in het touw steeds meer golfbergen en golfdalen.
De kop gaat steeds iets meer naar rechts/links en dan spreek je van een lopende golf (zie blz. 74,75).
Tijdens het bewegen van een koord draag je energie over aan het koord. Deze vorm van energie word doorgegeven van het ene punt aan het andere punt. Er vind dan transport van trillingsenergie plaats. Om een trilling te kunnen doorgeven is er een medium of een tussenstof nodig. In de ruimte hoor je dan ook geen explosies omdat er geen stof is om de trilling door te geven omdat de ruimte namelijk vacuüm is.
De lengte van een golfberg + een golfdal samen is precies één golflengte dit is dan gemeten in een rechte lijn. Het symbool voor een golflengte is λ dit word uitgesproken als labda. Er is steeds ¼ T nodig voor ¼ λ. De kop verplaatst zich dus met een constante snelheid. De snelheid is constant als een medium overal dezelfde eigenschappen heeft. of of
De fase geeft aan hoeveel trillingen er in totaal al zijn uitgevoerd. Is het faseverschil een rond getal + een half dan trillen de deeltjes in tegenfase.
Een golflengte kun je op drie manieren definiëren:
- Het is de lengte van een golfberg en golfdal samen, gemeten over een rechte lijn.
- Het is de afstand waarover de kop van de golf zich in een trillingstijd zich verplaatst.
- Het is de afstand tussen twee trillende deeltjes met een faseverschil dat gelijk is aan 1.
De fase geeft aan hoeveel trillingen zijn uitgevoerd.
Twee deeltjes tirllen in fase als het faseverschil tussen die deeltjes een geheel getal is. Is het getal een geheel getal plus ½ dan trillen de deeltjes in tegenfase.
Voorwerpen die kunnen bewegen kunnen geluiden voortbrengen. Deze voorwerpen zijn dan geluidsbronnen. Alleen als de beweging een harmonische trilling is hoor je een zuiver geluid. Zo krijg je een toon met één bepaalde frequentie te horen als je een stemvork aanslaat.
Geluid kan zich niet in vacuum ruimten verplaatsen en je hoort dus geen geluid. Dit komt omdat het een medium nodig heeft om zich te kunnen voortplanten. Hier op aarde is dat meestal lucht (een gas) het geluid zich ook voortplanten in vloeistoffen en vaste stoffen. Het geluidssnelheid hangt dus ook af van het soort medium waar het geluid door een gaat. De geluidssnelheden kun je vinden in je binas. Geluidssnelheid kan ook afhangen van de temperatuur. De geluidssnelheid hangt niet af van de frequentie of de amplitude. Als je dan op een verdere afstand staat hoor je het geluid iets later maar wel weer allemaal tegelijk.
Verdichting: als op een plaats de dichtheid en de druk van lucht toeneemt.
Verdunning: er ontstaat een luchtdruk verlaging.
Bij geluid word de verdichting weer gevolgd door de verduning en omgekeerd.
De afstand tussen twee verdichting of twee verdunningen is de golflengte.
Als iets langzamer beweegt liggen de verdichtingen en verdunningen verder van elkaar af en word de golflengte dus langer. Omdat de geluidssnelheid niet verandert moet de frequentie dus kleiner zijn geworden en hoor je dus een lagere toon.
Het geluidsdruk niveau geeft de hardheid van geluid weer. De eenheid hiervoor is decibel (dB)
Een mens kan alleen geluiden horen tussen de 20Hz en de 20 kHz. Dit is niet bij alle mensen hetzelfde.
Er zijn drie manieren om geluidshinder te beperken:
- Verminderen van het geluid aan de bron.
- Vergroten van afstand tot de bron.
- Het plaatsen van materiaal tussen de geluidsbron en de ontvanger.
Word het geluid twee keer zo hard dan neemt het geluidsdrukniveau met 3 dB toe!
Resonantie:
Als je twee stemvorken hebt en je slaat stemvork A aan en pakt stemvork A weer vast dan blijf je toch een geluid horen als je daarna stemvork B vastpakt is het stil blijkbaar is stemvork B met stemvork A gaan meetrillen dit heet resonantie. Als je stemvork A net een andere frequentie laat trillen dan gaat stemvork B niet meetrillen. De trilling van stemvork A wordt via de klankkast overgedragen op de lucht en word voor een deel weer opgevangen door de klankkast van stemvork
B. Stemvork B gaat alleen meetrillen als die lucht trilt met een frequentie die gelijk is aan de eigenfrequentie van stemvork B. De trillingsenergie word voor een deel overgedragen.
Dit kan ook voorkomen bij bruggen door bepaalde luchtstromingen. Als de wind maar trillingsenergie blijft geven aan de brug dan gaat hij zo hardt mee zwiepen dat hij uiteindelijk instort. Dit is een voorbeeld van ongewenste resonantie.
Er bestaat ook gewenste resonantie bijvoorbeeld voor het maken van een MRI-scan.
Interferentie:
Interferentie is een verschijnsel dat bij alle soorten golven optreedt.
Als er twee geluidsgolven in fase zijn dan hoor je een versterkt geluid. En als er twee golven zijn die in tegenfase zijn dan bevindt zich een verzwakking in het geluid. De gezamelijke werking van tweegolven in één punt noemen we interferentie.
Als je een snaar uit zijn evenwichtsstand brengt en daarna los laat gaat de snaar een trilling uitvoeren die afhankelijk is van het materiaal, de lengte en de dikte van de snaar. Ook de spankracht in de snaar is van belang. Een snaar heeft maar bepaalde trillingstoestanden deze heten de eigentrillingen. Bij elke trillingstoestand hoort een eigenfrequentie.
Omdat de amplitude klein is kun je de verschillende trillingstoestanden niet zo goed zien. Je kan de eigentrillingen beter bekijken in een strakgespannen koord waarvan één uiteinde aan een trillinsapparaat is bevestigd en het andere uiteinde over een katrol met gwicht ligt (blz 95).
De trillingsapparaat voert een trilling uit als de trillingsgolf eenmaal bij de katrol is aangekomen word de trillingsgolf weer terug gekaatst ondertussen blijft het apperaat door trillen. Er treed interferentie op. Bij de meeste frequenties voert het koord onregelmatige bewegingen uit maar bij sommige niet zie blz. 95 dit heet staande golven.
Een knoop is een punt waar de naar linkslopende en de naar rechts lopende golf in tegenfse zijn. Ieder ander punt in het koord voert een verticale trilling uit met een vaste amplitude. In het midden van twee knopen zit de maximale amplitude dit noemen we de buik. Twee knopen/buiken zijn gelijk aan ½ λ en de afstand tussen een knoop en de daarna gelegen buik is ¼ λ.
Een aantal verschillende trillingsvormen:
Bij de eerste tekening is lengte van een snaar gelijk aan een ½ λ. Bij de tweede tekening is hij gelijk aan 1 λ en in de derde tekening is hij gelijk aan 1½ λ . met n= 1, 2 ...
n= een geheel getal.
l = de lengte van het trillende deel van de snaar in meters.
λ = de golflengte van de staande golf in meters.
Met deze formule kun je de golflengtes van de verschillende trillingstoestanden berekenen. Wil je de bijbehorende eigenfrequentie weten dan moet je bedenken dat voor de golfsnelheid van de trillingen in de snaar geldt: dit betekent ook wel dat:
Voor de eigenfrequentie is dit dan:
Voor n=1 krijg je de staande golf met de grootst mogelijke golflengte en dus de laagste eigenfrequentie van de snaar dit heet de grondtoon. Voor andere waarden van n krijg je hogere frequenties deze noemen we boventonen.
Buis:
Als we een luidspreker vlak voor een opening van een buis zetten en de volume zacht zetten en niet meer veranderen, dan is elke toon die de luidspreker produceert zacht. De luidspreker brengt de omringende lucht in trilling dus ook de kolom lucht in de buis. Bij bepaalde tonen klinkt het geluid ineens veel sterker. De lucht in de buis trilt bij die frequentie veel beter meer dan bij overige frequenties. Er treed dus resonantie op. De frequenties waarbij resonantie optreedt zijn de eigenfrequenties.
Net zoals bij een snaar is er hier ook sprake van een staande golf. Aan de kant waar de lucht in trilling word gebracht bevindt zich altijd een buik. Er bevindt zich ook een buik aan het uiteinde van de open buis. Bij een gesloten uiteinde kan de lucht niet trillen dus dan zit er altijd een knoop. Er zijn twee mogelijkheden.
Een buis met één open einde en één gesloten einde. De afstand tussen een buik en een knoop is ¼ . de lengte van de buis is nu gelijk aan een oneven aantal kwart golflengte.
De frequentie van de grondtoon van een trillende snaar of een luchtkolom is afhankelijk van de lengte l en de voortplantingssnelheid v. De voortplantingssnelheid van golven in een snaar kan op verschillende manieren gevarieerd mee worden door dikte van de snaar, door de snaar aan te spannen. De voortplantingssnelheid in een luchtkolom kan je niet zomaar veranderen omdat deze gelijk is aan de geluidssnelheid.
Het elektromagnetisch spectrum bestaat uit elektromagnetische golven waarvan de frequenties variëren van 103Hz tot 1023Hz. Voorbeelden zijn radiogolven, infraroodstraling, zichtbaar licht, ultraviolette straling, röntgenstraling en gammastraling.
De frequentie van de elektromagnetische golven bepaalt de soort straling en de kleur licht. Monochromatisch licht is licht van één frequentie.
In vacuüm en lucht hebben elektromagnetische golven een voortplantingssnelheid van 3,00*108m/s.
Bij de overgang van de ene stof naar de andere verandert de lichtsnelheid. Hierdoor verandert ook de golflengte. De frequentie blijft hetzelfde.
