Samenvatting Hoofdstuk 12 - Fysica I

Fysica 2022-2023

Hoofdstuk 12– golven en geluid

Types golven
Golf = storing die zich voortplant van 1 plaats tot een andere , ze planten zich voort met een
welbepaalde snelheid, bepaald door de aard van het materiaal waardoor ze heen reizen. Er is
een duidelijk onderscheidt tussen de beweging van e golf en de trilli ng van de deeltjes
afzonderlijk.
Een beweging van een deeltje zal een beweging van het volgend deeltje tot gevolg hebben.
Er zijn ook golven die zich voortplanten zonder dat daarvoor deeltjes van het medium moeten
verplaatst worden.


Transversale golven
De verplaatsing van de individuele deeltjes gebeurt loodrecht op de
voortplantingsrichting van de golf. Een voorbeeld hiervan is een golf in
een touw als je het langs de ene kant laat bewegen.


De longitudinale golven
De verplaatsing van de individuele deeltjes gebeurt parallel met de
voortplantingsrichting van de golf. Voorbeeld: verdichtingen en
verdunningen in de lucht bij de voortplanting van geluid. De deeltjes
bewegen naar voor en naar achter in de richting waarin de golf loopt.
Bij aardbevingen : S-golven = transversaal en P -golven = longitudinaal


Sferische golven
Vormen golffronten die steeds groter wordende concentrische cirkels zijn rond de bron van
de golf, bv. een steen die je in het water gooit. De golf herhaalt zich na een bepaalde afstand,
de golflengte 𝜆, en op eenzelfde punt herhaalt de golf zich ook na een bepaalde tijd, de
periode T . De snelheid van de golf wordt gegeven door:
𝜆
𝑣= = 𝜆𝑓
𝑇


golven op een touw
Bij een touw van lengte L zijn er 2 basiskarakteristieken die de snelheid van de golf bepalen: de
spanning in het touw en de massa per lengte -eenheid van het touw.
Een zwaar touw reageert trager op een verstoring door zijn grote inertie. Als er geen spanning
is zal er geen golf vormen. Als de spanning stijgt dan gaat de golf sneller langs het touw.
De formule voor de voortplantingssnelheid is de volgende:
𝑚 𝑘𝑔 ⋅ 𝑚 𝑘𝑔
[𝑣] = [𝐹] = 𝑁 = [𝜇] =
𝑠 𝑠 𝑚

, Omgevormd:
1
𝐹 2 𝐹
𝑣=( ) =√
𝜇 𝜇

Golven kunnen ook teruggekaatst worden aan het uiteinde van het touw. Hoe, hangt af hoe
het uiteinde vastgemaakt is of niet. Bij een vast uiteinde zal een opwaartse uitwijking
teruggekaatst worden als ene neerwaartse uitwijking. Als je beide uiteinde vastm aakt, zal de
golf wel opwaarts weerkaats worden.


golfvergelijking
De golfvergelijking is als volgt:
2𝜋 𝑡 2𝜋 2𝜋
𝑦(𝑥, 𝑡) = 𝐴 𝑐𝑜𝑠 [ (𝑥 − 𝜆 )] = 𝐴 𝑐𝑜𝑠 ( 𝑥 − 𝑡)
𝜆 𝑇 𝜆 𝑇


Geluidsgolven
Geluid is ene klassiek voorbeeld van een longitudinaal golffenomeen. Wanneer geluid zich
voortplant (als lopende golf) zal de dichtheid van de lucht aan het oppervlak van periodisch
groter en kleiner worden. Wanneer het ons oor bereikt zal ons trommelvlies op zijn buurt in
beweging worden gebracht door deze variaties. Onze hersenen registreren dit als geluid.
Als de verdikking en verdunning in een grafiek worden uitgezet verschijnt een sinusoïdale. De
snelheid van geluid is zoals een golf afhankelijk van het medium waardoor de golf gaat. Bij
standaardomstandigheden is de snelheid v=343 m/s.
In en gas hangt de snelheid van geluid af van de snelheid van de moleculen. Als het gas
opwarmt zal de snelheid verhogen. In een vaste stof is de snelheid van het geluid hoger als de
stof rigider is, net zoals het strakker maken van een touw.
De frequentie bepaalt de hoogte van de toon. De geluidsgolf hangt echter niet af van de ze
frequentie , dus in 𝑣 = 𝜆𝑓 is v een constante. Als f verdubbelt zal de golflengte halveren.


geluidsintensiteit
Hoe luid een geluid is, wordt bepaald door de intensiteit van het geluid, de hoeveelheid
energie per oppervlakte -eenheid (in W/m²)
𝐸 𝑃
𝐼= =
𝐴𝑡 𝐴
De intensiteit neemt af naarmate de afstand tot de bron afneemt omdat de energie zich over
ene groter oppervlak verspreidt. Als het zich als en sferische golf gedraagt dan voldoet dit aan:
𝑃
𝐼=
4𝜋𝑟 2
Hoe luid we een geluid vinden is niet evenredig met de intensiteit, maar volgt een
logaritmische schaal. De luidheid wordt uitgedrukt met het intensiteitsniveau in decibels:
𝐼
𝛽 = (10 ⅆ𝑏) 𝑙𝑜𝑔
𝐼0