In dit artikel wordt uitgelegd wat geluidsgolven (of geluidsgolven) zijn in de natuurkunde. Zo vind je de kenmerken van geluidsgolven, voorbeelden van lichamen die geluidsgolven genereren en de factoren die de snelheid van een geluidsgolf beïnvloeden.
Wat is een geluidsgolf?
Een geluidsgolf (of geluidsgolf ) is een longitudinale golf die het gevolg is van de trilling van een geluidsbron. Geluidsgolven zijn dus de golven die ons gehoorsysteem oppikt en die we ‘geluid’ noemen.
Geluidsgolven zijn driedimensionale golven die zich voortplanten door een elastisch medium. Geluidsgolven zijn dus ook mechanische golven , omdat ze een medium nodig hebben dat hun verstoring overbrengt.
Een geluidsgolf plant zich voort door te oscilleren in dezelfde richting waarin hij zich voortbeweegt. Dit levert compressiezones op, waarin de moleculen dichter bij elkaar zijn en de druk hoger is, en expansiezones, waarin de moleculen gescheiden zijn en de druk lager is. Kortom, een geluidsgolf plant zich voort en veroorzaakt veranderingen in de moleculaire dichtheid en druk.
Delen van een geluidsgolf
De delen van geluidsgolven (of geluidsgolven) zijn:
- Verlenging (y) : is de afstand tussen de positie van de golf en zijn evenwichtspositie.
- Amplitude (A) : is de afstand tussen maximale extensie en zijn evenwichtspositie.
- Cyclus of oscillatie : het is het pad van de golf van het ene punt naar het volgende gelijkwaardige punt.
- Golflengte (λ) : is de afstand tussen twee opeenvolgende equivalente punten op de golf.
- Periode (T) : is de tijd die de golf nodig heeft om een volledige oscillatie te maken.
- Frequentie (f) : is het aantal oscillaties of trillingen dat de golf per tijdseenheid produceert.
- Hoekfrequentie of pulsatie (ω) : dit is de snelheid waarmee de golf oscillaties uitvoert.
- Voortplantingssnelheid (v) : is de snelheid waarmee de golf zich voortplant.
Voorbeelden van geluidsgolven
Nadat we de definitie van een geluidsgolf hebben gezien, volgen hier enkele voorbeelden van dit soort golven om het concept te verwerken.
Voorbeelden van geluidsgolven:
- De golven die door de stembanden worden uitgezonden, zijn geluidsgolven.
- De golven die door de snaren van een gitaar worden gegenereerd, zijn geluidsgolven.
- Een stemvork produceert geluidsgolven.
- De golven die uit een luidspreker komen, zijn ook geluidsgolven.
Kenmerken van een geluidsgolf
De kenmerken van een geluidsgolf (of geluidsgolf) zijn:
- De intensiteit van de geluidsgolf.
- De hoogte van de geluidsgolf.
- Het timbre van de geluidsgolf.
Elk van de eigenschappen van geluidsgolven wordt hieronder in detail uitgelegd.
Intensiteit van een geluidsgolf
In de praktijk associëren we de intensiteit van een geluidsgolf met het volume van het waargenomen geluid. In de natuurkunde verwijst de intensiteit van een geluidsgolf echter naar de hoeveelheid energie die door de golf wordt gedragen.
Dus hoe groter de hoeveelheid energie die per tijdseenheid wordt getransporteerd, hoe groter de intensiteit van de geluidsgolf. Op dezelfde manier geldt: hoe intenser een golf is, hoe groter de amplitude ervan.
In het Internationale Systeem (SI) wordt de intensiteit van een geluidsgolf uitgedrukt in watt gedeeld door vierkante meter (W/m 2 ). Maar het is gebruikelijker om bel (B) of decibel (dB) te gebruiken om de intensiteit van geluidsgolven te meten.
De waarde van de menselijke gehoordrempel, dat wil zeggen de laagste intensiteit die ons hoorsysteem kan opvangen, ligt tussen 0 dB en 25 dB.
Hoogte van een geluidsgolf
De toonhoogte van een geluidsgolf verwijst naar de frequentie van de golf. Hoge tonen komen dus overeen met hoogfrequente geluidsgolven, terwijl lage tonen laagfrequente geluidsgolven zijn.
Mensen kunnen geluidsgolven tussen 20 Hz en 20.000 Hz begrijpen. Deze limieten worden zelfs gebruikt om infrageluid en ultrageluid te definiëren.
- Infrageluid : geluidsgolf met een frequentie lager dan 20 Hz.
- Ultrageluid : geluidsgolf met een frequentie groter dan 20.000 Hz.
Bellende geluidsgolf
Afhankelijk van de kenmerken van de geluidsgolfbron is het timbre van de geluidsgolf anders. Deze eigenschap maakt het mogelijk om twee geluidsgolven te onderscheiden die dezelfde frequentie en intensiteit hebben.
De variatie in het timbre van geluidsgolven is duidelijk zichtbaar bij muziekinstrumenten. De klankkleur van geluidsgolven die door een gitaar worden gegenereerd, is bijvoorbeeld anders dan die van geluidsgolven van een stemvork of een viool.
Het timbre van een geluidsgolf hangt af van het lichaam dat de golven uitzendt, dus van de vorm, de grootte, het materiaal, enz. van het lichaam zal het timbre van de gegenereerde geluidsgolf anders zijn.
snelheid van een geluidsgolf
De voortplantingssnelheid van een geluidsgolf is de snelheid waarmee de golf zich voortplant. Daarom geldt: hoe hoger de snelheid van een geluidsgolf, hoe sneller deze van zender naar ontvanger reist.
De voortplantingssnelheid van een geluidsgolf hangt af van vier belangrijke factoren:
- Dichtheid van het medium : geluidsgolven planten zich sneller voort in omgevingen met een hogere dichtheid.
- Elasticiteit van het medium : hoe elastischer het materiaal of het medium dat door de geluidsgolf wordt doorkruist, hoe lager de snelheid ervan.
- Samendrukbaarheid van het medium – Hoe groter de samendrukbaarheid van het medium, hoe langzamer de geluidsgolf zich zal voortplanten.
- Temperatuur van het medium : De temperatuur is recht evenredig met de voortplanting van de geluidsgolf, dus hoe hoger de temperatuur, hoe sneller de golf zich zal voortplanten.
Hieronder laten we u een tabel achter met de waarde van de voortplantingssnelheid van een geluidsgolf, afhankelijk van het medium waarin deze zich voortplant:
| Half | Voortplantingssnelheid (m/s) |
|---|---|
| Rubber | 54 |
| Leiding | 1320 |
| Koper | 3560 |
| Water | 1490 |
| zeewater | 1530 |
| Zuurstof | 317 |
| Lucht | 343 |