Golven, geluid en de meting van frequentie en snelheid
Geluid is een golfverschijnsel, en je leest met een oscilloscoop de tijd en frequentie van zo'n golf af. Met de voortplantingssnelheid reken je uit hoe snel informatie zich verplaatst.
Geluid is een longitudinale golf. De deeltjes van de lucht trillen heen en weer in de richting waarin de golf zich voortplant. Daardoor ontstaan verdichtingen en verdunningen. Licht is een transversale golf. De trilling staat loodrecht op de voortplantingsrichting.
Bij een lopende golf verplaatst de energie zich door de stof, maar de deeltjes zelf blijven ongeveer op hun plaats. De voortplantingssnelheid bereken je met v = s/t. Geluid reist in lucht ongeveer 340 m/s. Licht reist veel sneller, met bijna 300 000 km/s. Daarom zie je bliksem eerder dan je donder hoort.
Bij een echo kaatst het geluid terug van een wand. De tijd die je meet is de tijd heen en terug. Voor de afstand tot de wand deel je dus door twee.
Een trilling heeft een periode T en een frequentie f, met f = 1/T. De gereduceerde fase geeft het deel van een periode aan, van 0 tot 1. Twee trillingen met dezelfde frequentie hebben een faseverschil als hun gereduceerde fase niet gelijk is. Het faseverschil in tijd is het tijdverschil gedeeld door de periode.
Meet op de oscilloscoop altijd over meerdere periodes. Zo wordt de meetfout kleiner.
Onthoud
Geluid is een longitudinale golf, licht is een transversale golf.
De voortplantingssnelheid volgt uit v = s/t.
Bij een echo is de gemeten tijd heen en terug.
De frequentie is f = 1/T, en je bepaalt T over minstens 2,5 periodes.
Het faseverschil meet je met de gereduceerde fase of met de tijd tussen twee pieken.
Voorbeeld uit een echt examen
ex1
Gevraagd is de frequentie van de toongenerator. Het oscilloscoopbeeld staat op 100 μs per cm.
- 1
Met figuur 3 meet je over drie periodes een lengte van 12,6 cm.
Veelgemaakte fouten
Wie één periode afleest maakt een grote meetfout, dus meet over drie periodes en deel de tijd door drie.
Bij een echo deel je de afstand door twee, omdat de tijd heen en terug is.
Geluid trilt niet loodrecht op de voortplantingsrichting, maar in de voortplantingsrichting zelf.
Snel checken
Op de oscilloscoop staat de tijdbasis op 50 μs per cm. Eén periode van het signaal beslaat 4,0 cm. Wat is de frequentie?
Bij geluid in lucht trillen de luchtdeeltjes heen en weer. Welk soort golf is geluid?